DE102015110319A1 - Device for introducing a fluid into a gas stream - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Fluids in einen Gasstrom, insbesondere eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist eine Mischkammer und eine Dosiervorrichtung auf, durch die das Fluid mittels einer Dosierspitze in von einer Schutzhülse definierten Injektionsraum einbringbar ist, der im Inneren der Kammer angeordnet ist und der mit dieser in Fluidverbindung steht. Die Schutzhülse weist eine sich in Umfangsrichtung der Schutzhülse erstreckende Zwischenkammer auf, die radial innenseitig durch eine Innenwand und radial außenseitig durch eine Außenwand begrenzt ist, wobei die Zwischenkammer über einen von der Innenwand gebildeten und an dieser ausgebildeten Spalt, insbesondere Ringspalt, mit dem Injektionsraum in Fluidverbindung steht. Die Zwischenkammer steht außerdem über zumindest eine Öffnung in der Außenwand mit der Mischkammer in Fluidverbindung.The present invention relates to a device for introducing a fluid into a gas stream, in particular a reducing agent in an exhaust stream of an internal combustion engine. The device has a mixing chamber and a metering device, by means of which the fluid can be introduced by means of a metering tip into an injection space defined by a protective sleeve, which is arranged in the interior of the chamber and which is in fluid communication therewith. The protective sleeve has an intermediate chamber extending in the circumferential direction of the protective sleeve, which is bounded radially on the inside by an inner wall and radially on the outside by an outer wall, wherein the intermediate chamber with the injection space formed by the inner wall and formed at this gap, in particular annular gap Fluid connection is. The intermediate chamber is also in fluid communication with the mixing chamber via at least one opening in the outer wall.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einbringen eines Fluids in einen Gasstrom, insbesondere eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. The present invention relates to an arrangement for introducing a fluid into a gas stream, in particular a reducing agent in an exhaust stream of an internal combustion engine.
Das Problem, einen flüssigen Zusatzstoff in geeigneter Form zuverlässig in einem Gasstrom zu verteilen, um beispielsweise eine chemische Reaktion von Komponenten des Gasstroms mit Komponenten des eingebrachten Fluids zu ermöglichen, stellt sich in vielen Anwendungsbereichen. In der Abgastechnik stellt sich dieses Problem beispielsweise in Zusammenhang mit dem SCR-Verfahren, bei dem eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs eingebracht wird, zum Beispiel mittels einer Dosiervorrichtung. Durch Thermolyse und Hydrolyse entsteht aus der Harnstofflösung Ammoniak und CO2. Das so erzeugte Ammoniak kann in einem geeigneten Katalysator mit den im Abgas enthaltenen Stickoxiden reagieren, die so effizient aus dem Abgas entfernt werden. The problem of reliably distributing a liquid additive in a suitable form in a gas stream, for example to allow a chemical reaction of components of the gas stream with components of the introduced fluid, arises in many fields of application. In exhaust gas technology, this problem arises, for example, in connection with the SCR process, in which an aqueous urea solution is introduced into the exhaust gas line of a motor vehicle, for example by means of a metering device. Thermolysis and hydrolysis produce ammonia and CO 2 from the urea solution. The ammonia thus produced can react in a suitable catalyst with the nitrogen oxides contained in the exhaust gas, which are removed so efficiently from the exhaust gas.
Bei diesem Verfahren ist es von besonderer Relevanz, dass die Harnstofflösung in wohldefinierter Form in den Abgasstrom eingebracht wird. Außerdem ist es von großer Bedeutung, dass die in den Abgasstrom eingebrachte Harnstofflösung möglichst vollständig verdampft und in dem Abgasstrom gleichmäßig verteilt wird. In this process, it is of particular relevance that the urea solution is introduced into the exhaust gas stream in a well-defined form. In addition, it is of great importance that the introduced into the exhaust stream urea solution is evaporated as completely as possible and evenly distributed in the exhaust gas stream.
In vielen Fällen wird die Harnstofflösung durch eine Dosiervorrichtung in den Abgasstrang eingespritzt oder eingesprüht, die schräg oder seitlich von dem Abgasstrom angeströmt wird. Dies kann dazu führen, dass das eingesprühte Reduktionsmittel verweht wird. Oftmals bildet der eingebrachte Zusatzstoff einen Sprühkegel. Durch die Abgasströmung wird dieser deformiert und unter Umständen sogar gegen die Wände des Abgasstrangs gedrückt. Dies hat zur Folge, dass das eingespritzte Fluid weniger gut verteilt wird, was zur Verringerung der Effizienz der Katalyse führt. Außerdem können sich im Innern der Vorrichtung unerwünschte Ablagerungen des Fluids bilden, insbesondere auch im Bereich um die Dosiervorrichtung, was ebenfalls zu einer Verringerung der Effizienz oder sogar zum Versagen der Vorrichtung bzw. des Abgasreinigungssystems führen kann. In many cases, the urea solution is injected or sprayed through a metering device into the exhaust gas line, which is flowed obliquely or laterally from the exhaust gas flow. This can lead to the sprayed-on reducing agent being blown away. Often the introduced additive forms a spray cone. Due to the exhaust gas flow this is deformed and may even be pressed against the walls of the exhaust system. As a result, the injected fluid is distributed less well, resulting in a reduction in the efficiency of catalysis. In addition, unwanted deposits of the fluid may form inside the device, especially in the area around the metering device, which may also lead to a reduction in the efficiency or even failure of the device or the exhaust gas cleaning system.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit verbesserter Einbringungs- und Verteilungseffizienz des Fluids zu schaffen. It is therefore an object of the present invention to provide a device of the type mentioned above with improved introduction and distribution efficiency of the fluid.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by a device having the features of claim 1.
Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Mischkammer und eine Dosiervorrichtung auf. Das Fluid ist durch die Dosiervorrichtung mittels einer Dosierspitze in einen von einer Schutzhülse definierten Injektionsraum einbringbar. Der Injektionsraum ist im Inneren der Kammer angeordnet und steht mit dieser in Fluidverbindung. Die Schutzhülse weist eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Zwischenkammer auf, die radial innenseitig durch eine Innenwand und radial außenseitig durch eine Außenwand begrenzt ist. Die Zwischenkammer steht über einen von der Innenwand gebildeten oder an dieser ausgebildeten Spalt, insbesondere ein Ringspalt, mit dem Injektionsraum in Fluidverbindung. Zum anderen steht die Zwischenkammer über zumindest eine Öffnung – insbesondere mehrere Öffnungen – in der Außenwand mit der Mischkammer in Fluidverbindung. According to the invention, the device has a mixing chamber and a metering device. The fluid can be introduced by the metering device by means of a metering tip into an injection space defined by a protective sleeve. The injection space is located inside the chamber and is in fluid communication therewith. The protective sleeve has a circumferentially extending intermediate chamber, which is bounded radially on the inside by an inner wall and radially on the outside by an outer wall. The intermediate chamber is in fluid communication with the injection space via a gap formed by or formed on the inner wall, in particular an annular gap. On the other hand, the intermediate chamber is in fluid communication with the mixing chamber via at least one opening, in particular a plurality of openings, in the outer wall.
Mit anderen Worten wird das Fluid mittels der Dosierspitze der Dosiervorrichtung in den von der Schutzhülse definierten Injektionsraum eingebracht. Der Injektionsraum ist zu der Mischkammer hin offen. Die Schutzhülse bildet somit eine Art Abschirmung, die verhindert, dass das Gas die Dosierspitze direkt anströmt. Die Schutzhülse schützt – zumindest anfänglich – auch den Einsprühkegel, was zu einer besseren Verteilung des Fluids in dem Gasstrom führt. In other words, the fluid is introduced by means of the metering tip of the metering device into the injection space defined by the protective sleeve. The injection space is open to the mixing chamber. The protective sleeve thus forms a kind of shield, which prevents the gas from flowing directly to the dosing tip. The protective sleeve also protects - at least initially - the injection cone, which leads to a better distribution of the fluid in the gas stream.
Außerdem wirkt die Schutzhülse als eine Art "Spülvorrichtung", um die Dosierspitze durch eine Umströmung von Gas vor der Bildung von Ablagerungen zu schützen. Ein Teils des die Schutzhülse anströmenden Gases kann nämlich durch die Öffnungen in der Außenwand der Schutzhülse in die Zwischenkammer eindringen. Von dort strömt das Gas durch den eine Engstelle bildenden Spalt in den Injektionsraum. Das durch den Spalt in den Injektionsraum strömende Abgas kann dabei so geführt werden, dass es die Bildung von Ablagerungen im Bereich des Injektionsraums und insbesondere der Dosierspitze zumindest weitgehend verhindert. In addition, the protective sleeve acts as a kind of "flushing device" to protect the dosing tip by a flow of gas around the formation of deposits. Part of the gas flowing against the protective sleeve can in fact penetrate through the openings in the outer wall of the protective sleeve into the intermediate chamber. From there, the gas flows through the gap forming a constriction into the injection space. The exhaust gas flowing through the gap into the injection space can be guided in such a way that it at least largely prevents the formation of deposits in the area of the injection space and in particular of the metering tip.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen angegeben. Further embodiments of the invention are indicated in the description, the claims and the attached drawings.
Gemäß einer Ausführungsform umgibt der Spalt die Dosierspitze in Umfangsrichtung zumindest teilweise, bevorzugt vollständig. Insbesondere ist der Spalt derart angeordnet, dass zumindest ein Teil des durch ihn strömenden Gasstroms die Dosierspitze hinterspült. Zu diesem Zweck kann der Spalt – in axialer Richtung, d.h. in Einbringungsrichtung des Fluids, gesehen – in etwa in Höhe der Dosierspitze oder sogar davor angeordnet sein. According to one embodiment, the gap surrounds the dosing tip in the circumferential direction at least partially, preferably completely. In particular, the gap is arranged such that at least a portion of the gas flow flowing through it backwashes the metering tip. For this purpose, the gap may be shaped in the axial direction, i. in the direction of introduction of the fluid, seen - be approximately at the level of the dosing or even arranged in front of it.
In dem Spalt kann zumindest ein Leitelement angeordnet sein, durch den zumindest einem Teil des durch ihn strömenden Gasstroms eine Drallkomponente aufgeprägt wird. Ein derartiger Stromwirbel kann dazu beitragen, die Bildung von Ablagerungen noch effizienter zu verhindern. Zudem sorgt der Drall dafür, dass die Strömung einer Kontur der den Injektionsraum festlegenden Innenwand besser folgt, so dass Strömungsablösungen minimiert werden. In the gap, at least one guide element may be arranged, through which a swirl component is impressed on at least part of the gas flow flowing through it. Such a vortex can help to prevent the formation of deposits even more efficiently. In addition, the swirl ensures that the flow of a contour of the inner wall defining the injection space better follows, so that flow separation is minimized.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung begrenzt ein Teil einer Wandung der Mischkammer die Zwischenkammer zumindest abschnittsweise. Insbesondere begrenzt sie diese im Bereich um die Dosierspitze. Die Schutzhülse kann beispielsweise an der Wandung der Mischkammer befestigt sein, insbesondere über ihre Außenwand, so dass die Wandung der Mischkammer und die Innen- und Außenwand der Schutzhülse zusammen die Zwischenkammer definieren. Es ist aber auch möglich, dass ein der Dosierspitze zugewandtes Ende der Zwischenkammer zumindest abschnittsweise durch einen Bodenabschnitt der Schutzhülse zu begrenzen. Insbesondere ist der Bodenabschnitt der Schutzhülse mit der Außenwand verbunden oder einstückig mit dieser ausgebildet. Der Bodenabschnitt kann beabstandet von der Wandung der Mischkammer angeordnet sein. Dadurch wird ein Strömungspfad zwischen der Schutzhülse und der Mischkammerwandung bereitgestellt, der zu einer (zusätzlichen) Hinterspülung der Dosierspitze beiträgt, um die Bildung von Ablagerungen weiter zu reduzieren. According to a further embodiment of the device according to the invention, a part of a wall of the mixing chamber limits the intermediate chamber at least in sections. In particular, it limits these in the area around the dosing tip. The protective sleeve may for example be attached to the wall of the mixing chamber, in particular via its outer wall, so that the wall of the mixing chamber and the inner and outer walls of the protective sleeve together define the intermediate chamber. However, it is also possible for an end of the intermediate chamber facing the dosing tip to be bounded, at least in sections, by a bottom section of the protective sleeve. In particular, the bottom portion of the protective sleeve is connected to the outer wall or formed integrally therewith. The bottom portion may be spaced from the wall of the mixing chamber. This provides a flow path between the protective sleeve and the mixing chamber wall which contributes to (additional) backwashing of the dosing tip to further reduce the formation of deposits.
Der Spalt kann durch einen der Dosierspitze zugewandten Endabschnitt der Innenwand, einen die Zwischenkammer abschnittsweise begrenzenden Teil einer Wandung der Mischkammer und/oder – falls vorgesehen – den Bodenabschnitt der Schutzhülse begrenzt sein. Insbesondere ist die Innenwand an ihrem der Dosierspitze zugewandten Ende mit einem Kragen versehen, der in die Zwischenkammer ragt, um die Gasströmung durch den Spalt effizient zu leiten. D.h. bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Endabschnitt der Innenwand der Hülse – mit oder ohne Kragen – von der Wandung der Mischkammer bzw. dem Bodenabschnitt beabstandet, um den Spalt zu bilden. The gap can be bounded by an end portion of the inner wall facing the metering tip, a part of a wall of the mixing chamber which partially delimits the intermediate chamber and / or, if provided, the bottom portion of the protective sleeve. In particular, the inner wall is provided at its end facing the dosing tip with a collar which projects into the intermediate chamber in order to efficiently guide the gas flow through the gap. That in one embodiment of the device according to the invention, the end portion of the inner wall of the sleeve - with or without collar - from the wall of the mixing chamber or the bottom portion spaced to form the gap.
Die zumindest eine Öffnung in der Außenwand kann eine Bohrung, ein Langloch und/oder einen Schlitz sein. Insbesondere sind mehrere Öffnungen vorgesehen, die bevorzugt in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Für bestimmte Anwendungen kann es jedoch auch vorgesehen sein, in bestimmten Bereichen der Außenwand größere, anders geformte und/oder mehr Öffnungen vorzusehen, beispielsweise um ein ungleichmäßiges Anströmen der Schutzhülse durch den Gasstrom zu kompensieren. Es können auch Öffnungen mit unterschiedlicher Formgebung kombiniert werden. The at least one opening in the outer wall may be a bore, a slot and / or a slot. In particular, a plurality of openings are provided, which are preferably distributed uniformly in the circumferential direction. For certain applications, however, provision may also be made for larger, differently shaped and / or more openings to be provided in certain areas of the outer wall, for example in order to compensate for uneven flow of the protective sleeve through the gas flow. It can also be combined openings with different shapes.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Innenwand einen trichter- oder konusförmigen Abschnitt auf, der sich in einer Richtung von der Dosierspitze weg öffnet. D.h. der genannte Abschnitt divergiert in Einbringungsrichtung des Fluids, um dessen "Entfaltung" Rechnung zu tragen. Insbesondere ist die Innenwand unterbrechungsfrei ausgebildet, so dass das Gas nur durch den Spalt aus der Zwischenkammer in den Injektionsraum gelangen kann. According to one embodiment, the inner wall has a funnel-shaped or conical section which opens in a direction away from the metering tip. That said portion diverges in the direction of introduction of the fluid to accommodate its "unfolding". In particular, the inner wall is formed without interruption, so that the gas can only pass through the gap from the intermediate chamber into the injection space.
Alternativ oder zusätzlich kann auch die Außenwand einen trichter- oder konusförmigen Abschnitt aufweisen, der sich in einer Richtung zu der Dosierspitze hin öffnet. D.h. bei dieser Ausführungsform konvergiert der genannte Abschnitt in Einbringungsrichtung des Fluids. Alternatively or additionally, the outer wall can also have a funnel-shaped or conical section which opens in a direction towards the metering tip. That In this embodiment, said portion converges in the direction of introduction of the fluid.
Gemäß einer Ausführungsform der Schutzhülse ist diese einstückig ausgebildet. Alternativ können die Innenwand und die Außenwand der Schutzhülse separat hergestellte Elemente sein, die miteinander verbunden sind, insbesondere miteinander verschweißt oder verlötet sind. Die Verbindung zwischen der Innenwand und der Außenwand kann beispielsweise an deren der Dosierspitze abgewandten Enden vorgesehen sein. According to one embodiment of the protective sleeve, this is integrally formed. Alternatively, the inner wall and the outer wall of the protective sleeve may be separately manufactured elements which are connected to each other, in particular welded or soldered together. The connection between the inner wall and the outer wall may, for example, be provided at the ends facing away from the dosing tip.
Gemäß einer kostengünstigen Ausführungsform der Schutzhülse, die auch für viele Anwendungsfälle geeignet ist, ist die Schutzhülse im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Um besonderen Strömungsverhältnissen Rechnung zu tragen, kann jedoch auch eine asymmetrische Ausgestaltung vorgesehen sein. According to a cost-effective embodiment of the protective sleeve, which is also suitable for many applications, the protective sleeve is formed substantially rotationally symmetrical. In order to take into account special flow conditions, however, an asymmetrical design can also be provided.
Die Mischkammer kann zumindest eine Einlassöffnung aufweisen, die derart angeordnet und ausgebildet ist, dass die Schutzhülse, insbesondere deren Außenwand, von zumindest einem Teil des in die Mischkammer einströmenden Gasstroms angeströmt wird. Insbesondere kann eine zumindest teilweise radiale, schräge und/oder seitliche Anströmung der Schutzhülse vorliegen. The mixing chamber may have at least one inlet opening, which is arranged and designed such that the protective sleeve, in particular its outer wall, is flowed by at least part of the gas flow flowing into the mixing chamber. In particular, there may be an at least partially radial, oblique and / or lateral flow of the protective sleeve.
Es können jedoch auch mehrere Einlassöffnungen vorgesehen sein, die um die Schutzhülse herum angeordnet sind. Jeder der Einlassöffnungen kann zumindest eine, insbesondere genau eine Öffnung in der Außenwand der Schutzhülse zugeordnet sein. However, it can also be provided a plurality of inlet openings, which are arranged around the protective sleeve. Each of the inlet openings may be associated with at least one, in particular exactly one opening in the outer wall of the protective sleeve.
In der Mischkammer kann ein Gasleitelement angeordnet sein, das zumindest einen Teil des Gasstroms der Schutzhülse zuleitet. Das Gasleitelement kann mit der Schutzhülse verbunden sein und in den die Schutzhülse anströmenden Gasstrom ragen. Insbesondere ist ein stromaufwärtiges Ende des Gasleitelements im Wesentlichen parallel zu dem Gasstrom angeordnet, um die Erzeugung unnötiger Verwirbelungen zu verhindern. In the mixing chamber, a gas guide element may be arranged, which feeds at least a part of the gas flow of the protective sleeve. The gas-conducting element can be connected to the protective sleeve and protrude into the gas flow flowing to the protective sleeve. In particular, an upstream end of the gas guide element is arranged substantially parallel to the gas flow to prevent the generation of unnecessary turbulence.
Grundsätzlich kann das Gasleitelement ein separates Bauteil sein, das – wie vorstehend erwähnt – mit der Schutzhülse verbunden ist oder auch nicht. Das Gasleitelement kann aber auch durch einen Abschnitt der Außenwand der Schutzhülse gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Gasleitelement der zumindest einen Öffnung in der Außenwand der Schutzhülse zugeordnet, um einen Teil des Gasstroms im bzw. durch die Öffnung zu lenken, so dass es in die Zwischenkammer gelangt. Insbesondere ist das Gasleitelement im Bereich der Öffnung angeordnet. Beispielsweise wird das Gasleitelement zumindest teilweise durch einen Abschnitt der Außenwand der Schutzhülse gebildet, der beispielsweise herausgebogen wurde, um die zumindest eine Öffnung in der Außenwand zu bilden. In principle, the gas-conducting element can be a separate component which, as mentioned above, is or is not connected to the protective sleeve. However, the gas-conducting element can also be formed by a section of the outer wall of the protective sleeve. According to one embodiment, the gas guiding element is associated with the at least one opening in the outer wall of the protective sleeve in order to direct a part of the gas flow in or through the opening, so that it passes into the intermediate chamber. In particular, the gas guide element is arranged in the region of the opening. For example, the gas guide is at least partially formed by a portion of the outer wall of the protective sleeve, which has been bent out, for example, to form the at least one opening in the outer wall.
Das Gasleitelement kann einen Abschnitt aufweisen, der U-förmig ausgebildet ist oder die Form eines unvollständigen U aufweist. Es ist z.B. denkbar, dass das Gasleitelement aus der Außenwand herausgebogen ist, so dass er in einer Biegung in die Außenwand übergeht. Im weiteren Verlauf kann das Gasleitelement entsprechend geformt werden, um eine gewünschte Teilmenge des Gasstroms in die Zwischenkammer zu lenken. The gas guiding element may have a section which is U-shaped or has the shape of an incomplete U. It is e.g. conceivable that the gas guide is bent out of the outer wall, so that it merges in a bend in the outer wall. In the further course, the gas-conducting element can be shaped accordingly in order to direct a desired subset of the gas flow into the intermediate chamber.
Das Gasleitelement kann Öffnungen, z.B. Löcher, aufweisen. Insbesondere sind die Öffnungen in einem Bereich angeordnet, der benachbart zu der Schutzhülse angeordnet ist. The gas guiding element may have openings, e.g. Holes have. In particular, the openings are arranged in a region which is arranged adjacent to the protective sleeve.
Das Gasleitelement kann zur Optimierung des Gasstroms in eine Einlassöffnung der Mischkammer oder sogar durch sie hindurch ragen. The gas-conducting element can protrude into an inlet opening of the mixing chamber or even through it in order to optimize the gas flow.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Mischkammer einen Bypass-Strömungspfad auf, durch den zumindest ein Teil des Gasstroms in oder durch die Mischkammer strömt, ohne die Schutzhülse anzuströmen oder gar durch die Schutzhülse, insbesondere deren Zwischenkammer, zu strömen. Beispielsweise wird der Bypass-Strömungspfad zumindest abschnittsweise durch eine Wandung der Mischkammer und ein der Dosierspitze abgewandtes Ende der Schutzhülse definiert. According to a further embodiment of the present invention, the mixing chamber has a bypass flow path through which at least part of the gas flow flows into or through the mixing chamber, without flowing into the protective sleeve or even through the protective sleeve, in particular its intermediate chamber to flow. For example, the bypass flow path is defined at least in sections by a wall of the mixing chamber and an end of the protective sleeve facing away from the metering tip.
Zur Optimierung der Anströmung der Schutzhülse kann die Wandung der Mischkammer einen nach innen gerichteten Wulst aufweisen, der in axialer Richtung der Mischkammer in etwa in Höhe der Schutzhülse angeordnet ist. To optimize the flow of the protective sleeve, the wall of the mixing chamber may have an inwardly directed bead, which is arranged in the axial direction of the mixing chamber approximately at the level of the protective sleeve.
Zum zusätzlichen Schutz des Einsprühkegels – auch von einer Kegelform abweichende Einsprühgeometrien sind denkbar – kann in der Mischkammer ein Gasleitrohr angeordnet sein, dessen Außenumfang beabstandet zu der Wandung der Mischkammer angeordnet ist. Die Wandung der Mischerkammer und der Außenumfang des Gasleitrohrs definieren somit abschnittsweise einen Spalt, durch den Gas strömen kann. Das Gasleitrohr ist insbesondere stromabwärts der Dosiervorrichtung angeordnet. For additional protection of the Einsprühkegels - also differing from a cone shape Einsprühgeometrien are conceivable - may be arranged in the mixing chamber, a Gasleitrohr whose outer periphery is spaced from the wall of the mixing chamber. The wall of the mixer chamber and the outer circumference of the Gasleitrohrs thus define sections a gap through which gas can flow. The Gasleitrohr is arranged in particular downstream of the metering device.
In dem Spalt zwischen der Wandung der Mischerkammer und dem Gasleitrohr kann zumindest ein Strömungsleitelement angeordnet sein, um dem durch den Spalt strömenden Gas ein wohldefiniertes Strömungsmuster aufzuprägen. Insbesondere wird dem Gasstrom durch ein oder bevorzugt mehrere, in Umfangsrichtung des Spalts verteilt angeordnete Strömungsleitelemente ein Drall aufgeprägt. Das oder die Strömungsleitelemente sind insbesondere an der Eingangsseite des Spalts angeordnet. In the gap between the wall of the mixer chamber and the Gasleitrohr at least one flow guide may be arranged to impart a well-defined flow pattern to the gas flowing through the gap. In particular, a swirl is imparted to the gas flow by one or preferably a plurality of flow guide elements arranged distributed in the circumferential direction of the gap. The one or more flow guide elements are arranged in particular on the input side of the gap.
Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Gasleitrohr zumindest ein Strömungsleitelement angeordnet. Dies bedeutet, dass bei dieser Ausführungsform zumindest ein Strömungsleitelement zumindest abschnittsweise in das Gasleitrohr ragt oder vollständig darin angeordnet ist. Insbesondere ist am eingangsseitigen Ende des Gasleitrohrs ein Strömungsleitelement vorgesehen, das zumindest abschnittsweise in das Gasleitrohr hineinragt und/oder mit dem Innenumfang des Gasleitrohrs in Verbindung steht. Bevorzugt sind mehrere Strömungsleitelemente vorgesehen. According to one embodiment, at least one flow guide element is arranged in the gas guide tube. This means that in this embodiment, at least one flow guide at least partially projects into the Gasleitrohr or completely disposed therein. In particular, a flow-guiding element is provided at the inlet-side end of the gas-conducting tube, which at least partially projects into the gas-conducting tube and / or is in communication with the inner circumference of the gas-conducting tube. Preferably, a plurality of flow guide elements are provided.
Das zumindest eine Strömungsleitelement kann zwischen der Schutzhülse und dem Gasleitrohr angeordnet sein. Mit anderen Worten ist das zumindest eine Strömungsleitelement zumindest abschnittsweise in einem Zwischenraum oder Spalt zwischen der Schutzhülse und dem Gasleitrohr angeordnet. Bevorzugt sind mehrere Strömungsleitelemente vorgesehen, die dem Gasstrom, der durch den Zwischenraum oder Spalt zwischen der Schutzhülse und dem Gasleitrohr in letzteres einströmt, einen Drall aufprägt. Insbesondere ist das zumindest eine Strömungsleitelement zwischen einem stromabwärtigen Abschnitt der Schutzhülse und einem stromaufwärtigen Abschnitt des Gasleitrohrs angeordnet. Das Strömungsleitelement kann mit dem Gasleitrohr und/oder der Schutzhülse in Kontakt stehen oder sogar verbunden sein. The at least one flow guide element can be arranged between the protective sleeve and the gas guide tube. In other words, the at least one flow-guiding element is arranged at least in sections in a gap or gap between the protective sleeve and the gas-conducting tube. Preferably, a plurality of flow directing elements are provided which impart a twist to the gas flow which flows through the intermediate space or gap between the protective sleeve and the gas guide tube in the latter. In particular, the at least one flow guide element is arranged between a downstream section of the protective sleeve and an upstream section of the gas guide tube. The flow guide can be in contact with the gas guide tube and / or the protective sleeve or even connected.
Die Schutzhülse kann in axialer Richtung zumindest abschnittsweise in das Gasleitrohr ragen. Seitlich anströmendes Gas kann daher das eingespritzte Fluid nicht direkt anströmen. The protective sleeve can protrude in the axial direction at least partially into the Gasleitrohr. Side flowing gas can therefore not directly flow the injected fluid.
Das Gasleitrohr kann einen Abschnitt aufweisen, der sich in Strömungsrichtung des Gasstroms aufweitet. Gemäß einer Ausführungsform weist das Gasleitrohr einen trichterförmigen Einlassbereich und/oder eine Einschnürung mit reduziertem Querschnitt auf. Durch den trichterförmigen Einlassbereich werden das in das Gasleitrohr einströmende Gas und das injizierte Fluid effizient "aufgefangen". Die optional vorgesehen Einschnürung erzeugt einen vorteilhaften Düseneffekt, der die Effizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht. Um den Bauraumgegebenheiten Rechnung zu tragen, kann das Gasleitrohr auch einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. The Gasleitrohr may have a portion which widens in the flow direction of the gas stream. According to one embodiment, the gas guide tube has a funnel-shaped inlet region and / or a constriction with a reduced cross-section. The funnel-shaped inlet region efficiently "traps" the gas flowing into the gas conduit and the injected fluid. The optionally provided constriction produces an advantageous nozzle effect, which increases the efficiency of the device according to the invention. In order to take into account the space requirements, the Gasleitrohr may also have a curved portion.
Insbesondere ist das Gasleitrohr koaxial zu der Mischkammer und/oder Schutzhülse angeordnet. In particular, the Gasleitrohr is arranged coaxially with the mixing chamber and / or protective sleeve.
Die Mischkammer ist insbesondere ein rohrförmiger Abschnitt einer Abgasanlage. The mixing chamber is in particular a tubular section of an exhaust system.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention will be explained purely by way of example with reference to advantageous embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die Schutzhülse
Die im Wesentlichen trichterförmige Innenwand
Um die Bildung von Reduktionsmittelablagerungen im Bereich der Dosierspitze
Zu diesem Zweck wird das in die Zwischenkammer
Wie durch Strömungspfade
Die Schutzhülse
Um das Einströmen des Abgases aus der Zwischenkammer
Jedoch nicht das gesamte Abgas, das durch die Einlassöffnung
Die
Die Innenwand
Die
Um das durch die Einlassöffnung
Durch das Gasleitelement
Der zweite Teilstrom strömt oberhalb des Gasleitelements
Der nicht die Schutzhülse
Die Schutzhülse
Die Strömungsleitelemente
Die Strömungsleitelemente
Durch eine Zusammenschau der
Um die Strömungsverhältnisse zu optimieren, ist die Wandung des Mischerrohrs
Die
Der in den
Ein weiterer Unterschied zwischen den Vorrichtungen
An den trichterförmigen Einlassbereich
Das Gasleitrohr
Ein Gasleitelement
Im Gegensatz zu dem Gasleitelement
Die Ausgestaltung des Gasleitelements
Die
Um das durch die jeweilige Einlassöffnung
Es versteht sich, dass Einzelmerkmale, die in Zusammenhang mit bestimmten Ausführungsformen der Schutzhülse beschrieben wurden, frei kombinierbar sind, um eine für die jeweils vorliegenden Bedingungen optimale Ausgestaltung der Schutzhülse zu erhalten. Grundsätzlich ist es auch möglich, an der der Dosierspitze abgewandten Stirnseite der Schutzhülse Öffnungen vorzusehen, so dass auch Abgas in axialer Richtung aus der Zwischenkammer strömen kann. Die Drosselhülse kann aktiv beheizt werden, um auf sie auftretendes Reduktionsmittel noch schneller zu verdampfen, insbesondere wenn der Abgasstrom noch nicht zur Aufheizung der Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt hat (z.B. kurz nach Start des Motors). Die Oberfläche der Schutzhülse kann auch katalytisch beschichtet sein. It is understood that individual features which have been described in connection with certain embodiments of the protective sleeve can be freely combined in order to obtain an optimal configuration of the protective sleeve for the respective prevailing conditions. In principle, it is also possible to provide openings on the side of the protective sleeve facing away from the dosing tip, so that exhaust gas can also flow out of the intermediate chamber in the axial direction. The throttle sleeve can be actively heated to even faster vaporize reducing agent occurring on it, in particular if the exhaust gas flow has not yet led to the heating of the components of the device according to the invention (for example, shortly after starting the engine). The surface of the protective sleeve can also be catalytically coated.
Der eine Engstelle bildende Spalt zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der Zwischenkammer und dem Injektionsraum kann eine in Umfangsrichtung variierende Ausgestaltung aufweisen (z.B. variierende Spaltbreite). Es ist allerdings bevorzugt, den Spalt in Umfangsrichtung möglichst konstant auszubilden, um eine in Umfangsrichtung homogene Strömung des Gases in den Injektionsraum zu ermöglichen. The throat forming gap for establishing fluid communication between the intermediate chamber and the injection space may have a circumferentially varying configuration (e.g., varying gap width). However, it is preferred to form the gap in the circumferential direction as constant as possible in order to allow a homogeneous flow of the gas in the circumferential direction into the injection space.
Das erfindungsgemäße Konzept, durch Öffnungen in der Außenwand der Schutzhülse einen Eintritt des Abgases zunächst in eine Zwischenkammer zu ermöglichen und das Abgas erst anschließend zur Hinterspülung der Dosierspitze zu nutzen, führt zu deutlich geringeren Ablagerungen als bei bisher bekannten Konzepten. In der Zwischenkammer bildet sich nämlich ein im Wesentlichen gleichmäßiges Druckniveau aus, so dass die Durchströmung des Spalts und damit die Hinterspülung der Dosierspitze ebenfalls vergleichsweise homogen sind. Das durch den Spalt strömende Abgas spült außerdem das Reduktionsmittel aus dem Injektionsraum heraus. Insgesamt ergibt sich eine homogenere Verteilung des Reduktionsmittels in dem Abgasstrom. The concept according to the invention of firstly allowing an inlet of the exhaust gas through openings in the outer wall of the protective sleeve into an intermediate chamber and then using the exhaust gas for backwashing the dosing tip leads to significantly lower deposits than with previously known concepts. Namely, a substantially uniform pressure level is formed in the intermediate chamber, so that the flow through the gap and thus the backwashing of the dosing tip are also comparatively homogeneous. The exhaust gas flowing through the gap also flushes the reducing agent out of the injection space. Overall, a more homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gas flow results.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10, 10', 10'', 10''' 10, 10 ', 10' ', 10' ''
- Vorrichtung contraption
- 12 12
- Abgasrohr exhaust pipe
- 14 14
- Einlassöffnung inlet port
- 16 16
- Mischerrohr mixer tube
- 18 18
- Bodenabschnitt bottom section
- 20 20
- Dosierspitze Dosierspitze
- 22, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g22, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e, 22f, 22g
- Schutzhülseprotective sleeve
- 24 24
- Einsprühkegel Einsprühkegel
- 26 26
- Außenwand outer wall
- 28 28
- Öffnung opening
- 30 30
- Zwischenkammer intermediate chamber
- 32 32
- Innenwand inner wall
- 34 34
- Stirnabschnitt front section
- 36 36
- Injektionsraum injection room
- 38 38
- Spalt gap
- 40, 40', 40", 40"', 40""40, 40 ', 40 ", 40"', 40 ""
- Strömungspfad flow path
- 42 42
- Kragen collar
- 44, 44', 44'' 44, 44 ', 44' '
- Loch hole
- 46 46
- Flanschabschnitt flange
- 48 48
- Einlassstutzen inlet port
- 50 50
- Auslassstutzen outlet
- 52, 52' 52, 52 '
- Gasleitelement gas guide
- 54 54
- stromaufwärtiges Ende upstream end
- 55 55
- Befestigungsflansch mounting flange
- 56 56
- Ringspalt annular gap
- 58, 58' 58, 58 '
- Gasleitrohr gas conduit pipe
- 59, 59' 59, 59 '
- Strömungsleitelement flow guide
- 60 60
- Bypass-Spalt Bypass gap
- 62 62
- Basisabschnitt base section
- 64 64
- Abstandshalter spacer
- 66 66
- Hinterspülungsspalt Backflushing gap
- 68 68
- Außenwandabschnitt Outer wall section
- 70 70
- Wulst bead
- 72 72
- Leitelement vane
- 74 74
- trichterförmiger Einlassbereich funnel-shaped inlet area
- 76 76
- Einschnürung constriction
- 78 78
- gekrümmter Abschnitt curved section
- 80 80
- Rohr pipe
- 82 82
- Lasche flap
- 84 84
- Spaltöffnung gap opening
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