DE102018130616A1

DE102018130616A1 - Abschirmung für eine Harnstoffeinspritzvorrichtung

Info

Publication number: DE102018130616A1
Application number: DE102018130616.4A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Erz; Sebastian Pudlik; Bartosch Jagodzinski
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abschirmung für eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage und eine Abgasnachbehandlungsanlage.Die erfindungsgemäße Abschirmung für eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage umfasst eine Abschirmungsinnenfläche, die entlang eines Einspritzstrahls orientierbar ist, und die zum Führen des Einspritzstrahls und/oder zum Abfangen zumindest eines Teils eines in eine unerwünschte Richtung gehenden Anteils des Einspritzstrahls ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abschirmung für eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage und eine Abgasnachbehandlungsanlage.
Die EP2132420B1 offenbart eine Vorrichtung für das Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Dieselmotors.
Die erfindungsgemäße Abschirmung für eine Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage umfasst eine Abschirmungsinnenfläche, die entlang eines Einspritzstrahls orientierbar ist, und die zum Führen des Einspritzstrahls und/oder zum Abfangen zumindest eines Teils eines in eine unerwünschte Richtung gehenden Anteils des Einspritzstrahls ausgebildet ist.
Abgas, welches durch die Abgasnachbehandlungsanlage strömt und in das zwecks Reduktion von Stickoxiden ein Reduktionsmittel wie Harnstoff eingespritzt wird, kann durch seine Strömung signifikant den Einspritzstrahl des Reduktionsmittels beeinflussen. Dies kann Nachteile für eine Verteilung und/oder Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas und/oder für den Druckverlauf haben. Ein möglicher Vorteil der Erfindung ist, einen oder mehrere dieser Nachteile zu verringern oder sogar zu beseitigen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Abschirmung mindestens eine seitliche Öffnung zum Einleiten von Gas. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere um Abgas, welches durch den Abschnitt der Abgasnachbehandlungsanlage strömt. Eine Öffnung ermöglicht eine verbesserte Durchmischung von Gas und Reduktionsmittels. Des Weiteren kann vorteilhaft die Richtung und/oder das Profil des Einspritzstrahls beeinflusst werden. Des Weiteren kann eine solche Öffnung für eine Verringerung eines durch die Abschirmung bewirkten Druckabfalls vorteilhaft sein.
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage umfasst einen Rohrabschnitt und eine Einspritzvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Abschirmung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Rohrabschnitt der Abgasnachbehandlungsanlage.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele und Varianten werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abschirmung,
2 eine Seitenansicht eines Rohrabschnitts einer Abgasnachbehandlungsanlage mit einer Einspritzvorrichtung mit einer Abschirmung,
3 den Verlauf eines Einspritzstrahls ohne Abschirmung,
4 den Verlauf eines Einspritzstrahls mit Abschirmung, und
5 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Abschirmung.

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abschirmung 1a für eine Einspritzvorrichtung 2 zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage 3, siehe auch 2. Das Schild 1a umfasst eine Abschirmungsinnenfläche 4a, die entlang eines Einspritzstrahls 5 der Einspritzvorrichtung 2 orientiert ist. Die Abschirmungsinnenfläche 4a ist zum Führen des Einspritzstrahls 5 und zum Abfangen zumindest eines Teils eines in eine unerwünschte Richtung gehenden Anteils des Einspritzstrahls 5 ausgebildet, siehe auch 3 und 4. Eine Kombination beider Vorteile ist bevorzugt. Es ist ebenfalls möglich, nur einen der beiden Vorteile zu realisieren.
Zum Umschließen des Einspritzstrahls 5 ist die Schildinnenfläche 4a umlaufend ausgebildet. Dies ermöglicht eine verbesserte Führung und/oder ein umfängliches Abfangen von Reduktionsmittel. Des Weiteren ist die Schildinnenfläche 4a mit einem von einem Eingang zu einem Ausgang sich erweiternden Querschnitt ausgebildet. Dies trägt dem Profil des Einspritzstrahls 5 Rechnung, das typischerweise kegelförmig ist. In einer bevorzugten Variante ist das Schild 1a im Wesentlichen konisch ausgebildet. Der Konuswinkel orientiert sich vorzugsweise an dem Strahlwinkel des Einspritzstrahls 5. Als Alternativen sind beispielsweise auch rechteckförmige oder elliptische Querschnitte denkbar.
Die Abschirmung 1a umfasst mindestens eine seitliche Öffnung 6a zum Einleiten von Gas. In der gezeigten Variante sind drei Öffnungen 6a vorgesehen. Diese sind umlaufend gleichmäßig verteilt. Im Betrieb der Abgasnachbehandlungsanlage 3 kann Abgas von außen durch die Öffnungen 6a in das Innere des Schildes 1a eintreten, wodurch durch die Erzeugung von Drall eine verbesserte Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas erzielt wird und die Strahlführung positiv beeinflusst wird. Zum verbesserten Einleiten des Gases umfasst das Schild 1a an der mindestens einen seitlichen Öffnung 6a ein Einleitelement 7a. Entsprechend der Anzahl an Öffnungen 6 sind in der gezeigten Variante drei Einleitelemente 7a vorgesehen.
Das Schild 1a ist hier aus einem flächigen Material ausgebildet. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Als Material eignet sich insbesondere Blech. Die Einleitelemente 7a sind als Ausklinkungen ausgebildet, was ebenfalls vorteilhaft für eine kostengünstige Herstellung ist. Des Weiteren ist die Abschirmung 1a einteilig aus einem einzelnen Flächenelement, hier eine Blechbahn, hergestellt. Grundsätzlich ist es möglich, eine Abschirmung mit einem anderen Verfahren herzustellen, beispielsweise durch Gießen oder 3D Druck.
Die 2 zeigt eine Abgasnachbehandlungsanlage, umfassend einen Rohrabschnitt 3 und eine Einspritzvorrichtung 2 zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Rohrabschnitt 3. Auf die Einspritzvorrichtung 2 ist die Abschirmung 1a aufgesetzt. Die Einspritzvorrichtung 2 ist an einer dafür vorgesehenen Stelle in dem Rohrabschnitt 3 angeordnet. Die Abschirmung 1a umgibt im Bereich des Eingangs die Düsen der Einspritzvorrichtung 2. In einer nicht gezeigten Variante ist die Abschirmung Teil der Einspritzvorrichtung 2. So kann beispielsweise das Schild als Teil des Gehäuses oder als Fassung des Injektors ausgebildet sein.
Die Abschirmung 1a ist derart ausgebildet, dass die Strömung des Reduktionsmittels und des Abgases gezielt beeinflusst wird. Bevorzugt werden dabei Drall- oder Tumbleströmungen induziert, die die Vermischung von Reduktionsmittel und Abgas begünstigen. Die Einspritzvorrichtung 2 ist derart ausgerichtet, dass der Einspritzstrahl 5 Reduktionsmittel und Abgas in der Mitte des Rohrabschnitts 3 fokussiert. Unter Fokussierung wird verstanden, dass sich in den Wandbereichen des Rohrabschnitts 3 weniger als 10 % des Volumenstroms aus Reduktionsmittel und Abgas, besonders bevorzugt weniger als 5 % des Volumenstroms aus Reduktionsmittel und Abgas befinden. Als Wandbereich wird hier der Bereich mit einem Abstand kleiner als 5 % des Durchmessers des Rohrabschnitts 3 von der Wand des Rohrabschnitts 3 verstanden. Die Abgasströmung wird hierbei so beeinflusst, dass Umkehr-, Stau- oder Rückströmungen zumindest vermindert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Rohrabschnitt 3 der Abgasnachbehandlungsanlage eine Richtungsänderung aufweist.
In der 2 ist die Einspritzvorrichtung 2 in einem Winkel ungleich 0 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases unmittelbar vor der Einspritzvorrichtung 2 angeordnet. Dadurch kann der Einspritzstrahl 5 genutzt werden, um die Strömung des Abgases gezielt zu beeinflussen, so dass Umkehr-, Stau- oder Rückströmungen zumindest vermindert werden. Besonders bevorzugt wird die Strömungsbeeinflussung mit der Abschirmung 1a erreicht. Bevorzugt liegt der Winkel zwischen Einspritzstrahllängsachse und Abgasrohrlängsachse in einem Bereich 40° ± 20 °, besonders bevorzugt in einem Bereich 40° ± 10 °.
In dieser Variante ist der Rohrabschnitt 3 der Abgasnachbehandlungsanlage als Rohrbogen ausgeführt. Die Einspritzvorrichtung 2 ist in dem Rohrbogen 3 angeordnet. In dieser Anordnung eignet sich die Abgasnachbehandlungsanlage besonders, da die Einspritzvorrichtung 2 mit der Abschirmung 1a die gezielte Beeinflussung der Strömung des Reduktionsmittels und des Abgases ermöglicht und daraus eine vorteilhafte Umlenkung des Gemisches aus Reduktionsmittel und Abgas um den Rohrbogen resultiert.
3 und 4 zeigen eine Simulation des Verlaufs des Einspritzstrahls 5 ohne und mit Schild 1a unter gleichen Bedingungen, hierbei durch den Abschnitt strömenden Abgas. 4 zeigt deutlich, dass die Strahlführung durch das Schild 1a verbessert ist. Zudem wird verhindert, dass Reduktionsmitteltröpfchen die kältere Innenfläche des Abgasrohrs berühren.
5 zeigt eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Schildes 1b. Entsprechend der ersten Variante ist das Schild 1b als Blechteil mit einer konisch sich erweiternden Innenfläche 4b, mehreren Öffnungen 6b und Einleitelementen 7b ausgebildet. Im Gegensatz zur ersten Variante sind die Öffnungen 6b und entsprechend die Einleitelemente 7b nicht rechteckförmig, sondern dreieckförmig ausgebildet.
Die Abgasnachbehandlungsanlage ist in diesem Ausführungsbeispiel für einen Dieselmotor vorgesehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2132420 B1 [0002]

Claims

Abschirmung (1a, 1b) für eine Einspritzvorrichtung (2) zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in einen Abschnitt einer Abgasnachbehandlungsanlage (3), umfassend eine Abschirmungsinnenfläche (4a, 4b), die entlang eines Einspritzstrahls (5) orientierbar ist, und die zum Führen des Einspritzstrahls und/oder zum Abfangen zumindest eines Teils eines in eine unerwünschte Richtung gehenden Anteils des Einspritzstrahls ausgebildet ist.
Abschirmung nach Anspruch 1, umfassend mindestens eine seitliche Öffnung (6a, 6b) zum Einleiten von Gas.
Abschirmung nach Anspruch 2, wobei an der mindestens einen seitlichen Öffnung ein Einleitelement (7a, 7b) zum Einleiten des Gases ausgebildet ist.
Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmungsinnenfläche (4a, 4b) zum Umschließen des Einspritzstrahls (5) umlaufend ausgebildet ist.
Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abschirmungsinnenfläche (4a, 4b) einen von einem Eingang zu einem Ausgang sich erweiternden Querschnitt aufweist.
Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ausgebildet aus einem flächigen Material, vorzugsweise aus einem Blech.
Abgasnachbehandlungsanlage, umfassend einen Rohrabschnitt (3) und eine Einspritzvorrichtung (2) zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Rohrabschnitt (3), wobei die Einspritzvorrichtung (2) eine Abschirmung nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Abgasnachbehandlungsanlage nach Anspruch 7, wobei die Abschirmung derart ausgebildet ist, die Strömung des Reduktionsmittels und des Abgases durch die Generierung von Strömungsformen wie Drall und Tumble gezielt zu beeinflussen.
Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 7 und 8, wobei die Einspritzvorrichtung (2) derart ausgerichtet ist, dass der Einspritzstrahl (5) Reduktionsmittel und Abgas in der Mitte des Rohrabschnitts (3) fokussiert.
Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Einspritzvorrichtung (2) in einem Winkel ungleich 0 bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases unmittelbar vor der Einspritzvorrichtung (2) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Rohrabschnitt (3) als Rohrbogen ausgeführt ist und die Einspritzvorrichtung (2) in dem Rohrbogen (3) angeordnet ist.