DE102020201727A1 - System and procedure for exhaust gas aftertreatment - Google Patents
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Abstract
Ein System zur Abgasnachbehandlung umfasst ein Abgasrohr zur Führung eines Abgasstroms; und einen Reduktionsmitteleinspritzer, welcher in das Abgasrohr hineinragt und dazu ausgebildet ist, über eine Einspritzdüse ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom einzuspritzen; wobei die Einspritzdüse einen Düsenstift umfasst, welcher innerhalb eines Düsengehäuses derart angeordnet ist, dass ein Einspritzkanal zwischen einer Außenfläche des Düsenstifts und einer Innenfläche des Düsengehäuses gebildet wird, durch den das Reduktionsmittel in den Abgasstrom ausgestoßen wird, wobei der Einspritzkanal derart geformt ist, dass das Reduktionsmittel durch ihn beschleunigt wird.An exhaust gas aftertreatment system comprises an exhaust pipe for guiding an exhaust gas flow; and a reducing agent injector which protrudes into the exhaust pipe and is designed to inject a reducing agent into the exhaust gas flow via an injection nozzle; wherein the injection nozzle comprises a nozzle pin which is arranged within a nozzle housing such that an injection channel is formed between an outer surface of the nozzle pin and an inner surface of the nozzle housing through which the reducing agent is ejected into the exhaust gas stream, the injection channel being shaped such that the Reducing agent is accelerated by it.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung sowie ein Kraftfahrzeug, welches ein derartiges System umfasst.The present invention relates to a system and a method for exhaust gas aftertreatment and a motor vehicle which comprises such a system.
Hintergrundbackground
Ein Katalysator ist eine Abgasreinigungsvorrichtung, die toxische Gase und Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors in weniger giftige oder ungiftige Substanzen umwandelt und/oder solche Substanzen aus dem Abgasstrom filtert. Katalysatoren werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren verwendet, die entweder mit Benzin, Diesel oder einem anderen geeigneten Kraftstoff betrieben werden.A catalytic converter is an exhaust gas purification device that converts toxic gases and pollutants in the exhaust gas of an internal combustion engine into less toxic or non-toxic substances and / or filters such substances from the exhaust gas flow. Catalysts are used in particular in internal combustion engines that run on either gasoline, diesel or another suitable fuel.
Die selektive katalytische Reduktion (SCR) ist eine bekannte Technik, die in Katalysatoren verwendet wird, bei der Stickoxide, die als NOx bezeichnet werden, mit Hilfe eines Katalysators in zweiatomigen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Ein gasförmiges und/oder flüssiges Reduktionsmittel, z.B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, wird einem Abgasstrom zugesetzt und an dem Katalysator adsorbiert.Selective Catalytic Reduction (SCR) is a well-known technique used in catalytic converters, in which nitrogen oxides, known as NOx, are converted into diatomic nitrogen and water with the help of a catalytic converter. A gaseous and / or liquid reducing agent, e.g. anhydrous ammonia, aqueous ammonia or urea, is added to an exhaust gas stream and adsorbed on the catalyst.
Traditionell wurde bei der Ammoniakeinspritzung eines SCR-Systems häufig ein einzelner, in den Abgasstrom hineinragender Einspritzer und ein weiter stromabwärts in dem Abgasstrom angeordneter Gasmischer zur Verteilung des eingespritzten Ammoniaks in dem Abgas verwendet, siehe z.B. die Druckschrift
Um den von einem solchen Gasmischer erzeugten Gegendruck zu verringern und damit die Kraftstoffeinsparung zu erhöhen, wurden Mehrrohr-Einspritzer eingeführt, bei denen jeder Einspritzer mit einer gabelartigen Geometrie mit einer Vielzahl von Einspritzlöchern versehen ist, um das Reduktionsmittel bereits während der Einspritzung zu verteilen, siehe z.B. die Druckschrift
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Somit besteht ein Bedarf, effektivere und flexiblere Lösungen für den Betrieb eines Reduktionsmitteleinspritzsystems eines Abgasnachbehandlungssystems zu finden.Thus, there is a need to find more effective and flexible solutions for the operation of a reducing agent injection system of an exhaust gas aftertreatment system.
Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein System gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 bereit.To this end, the present invention provides a system according to
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Abgasnachbehandlung ein Abgasrohr zur Führung eines Abgasstroms; und einen Reduktionsmitteleinspritzer, welcher in das Abgasrohr hineinragt und dazu ausgebildet ist, über eine Einspritzdüse ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom einzuspritzen; wobei die Einspritzdüse einen Düsenstift umfasst, welcher innerhalb eines Düsengehäuses derart angeordnet ist, dass ein Einspritzkanal zwischen einer Außenfläche des Düsenstifts und einer Innenfläche des Düsengehäuses gebildet wird, durch den das Reduktionsmittel in den Abgasstrom ausgestoßen wird, wobei der Einspritzkanal derart geformt ist, dass das Reduktionsmittel durch ihn beschleunigt wird.According to one aspect of the invention, a system for exhaust gas aftertreatment comprises an exhaust pipe for guiding an exhaust gas flow; and a reducing agent injector which protrudes into the exhaust pipe and is designed to inject a reducing agent into the exhaust gas flow via an injection nozzle; wherein the injection nozzle comprises a nozzle pin which is arranged within a nozzle housing such that an injection channel is formed between an outer surface of the nozzle pin and an inner surface of the nozzle housing through which the reducing agent is ejected into the exhaust gas stream, the injection channel being shaped such that the Reducing agent is accelerated by it.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung Einspritzen von Reduktionsmittel mit einer Einspritzdüse eines Reduktionsmitteleinspritzers in einen durch ein Abgasrohr geführten Abgasstrom, wobei das Reduktionsmittel durch einen Einspritzkanal in den Abgasstrom ausgestoßen und beschleunigt wird, wobei der Einspritzkanal zwischen einer Innenfläche eines Düsengehäuses des Reduktionsmitteleinspritzers und einer Außenfläche eines Düsenstifts des Reduktionsmitteleinspritzers gebildet wird, welcher innerhalb des Düsengehäuses angeordnet ist.According to a further aspect of the invention, a method for exhaust gas aftertreatment comprises injecting reducing agent with an injection nozzle of a reducing agent injector into an exhaust gas flow guided through an exhaust pipe, the reducing agent being ejected and accelerated through an injection channel into the exhaust gas flow, the injection channel being between an inner surface of a nozzle housing of the Reducing agent injector and an outer surface of a nozzle pin of the reducing agent injector is formed, which is arranged within the nozzle housing.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor und ein System zur Abgasnachbehandlung gemäß der Erfindung. According to a further aspect of the invention, a motor vehicle comprises an internal combustion engine and a system for exhaust gas aftertreatment according to the invention.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die üblicherweise verwendeten einfachen Einspritzlöcher durch eine ausgeklügeltere Konstruktion zu eliminieren, welche auf dem Prinzip einer Strahldüse basiert. Bei einer Strahldüse wird ein Fluid kurz vor dem Austritt in ein umgebendes Medium auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, um einen kohärenten und weit verteilten Fluidstrom zu erzeugen. Dies wird erreicht, indem das Fluid durch einen Kanalabschnitt mit verringerter Querschnittsfläche geführt wird. Zusätzlich können Turbulenzeffekte die Ausbreitung des eingespritzten Reduktionsmittels weiter erhöhen. Durch den Einsatz relativ hoher Drücke kann eine gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels am Eingang der Einspritzdüse erreicht werden, was zu einer gleichmäßigen Druckverteilung am Düsenausgang führt. Dadurch kann der Massenstrom und die Massenverteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom gegenüber konventionellen Systemen deutlich verbessert werden. Somit kann die Leistung des gesamten Abgasnachbehandlungssystems verbessert werden.One idea of the present invention is to eliminate the simple injection holes commonly used by a more sophisticated construction based on the principle of a jet nozzle. In the case of a jet nozzle, a fluid is accelerated to high speeds shortly before it emerges into a surrounding medium in order to generate a coherent and widely distributed fluid flow. This is achieved by guiding the fluid through a channel section with a reduced cross-sectional area. In addition, turbulence effects can further increase the spread of the injected reducing agent. By using relatively high pressures, a uniform distribution of the reducing agent at the inlet of the injection nozzle can be achieved, which leads to a uniform pressure distribution at the nozzle outlet. As a result, the mass flow and the mass distribution of the reducing agent in the exhaust gas flow can be significantly improved compared to conventional systems. Thus, the Performance of the entire exhaust aftertreatment system can be improved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments result from the subclaims.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Düsenstift beweglich innerhalb des Düsengehäuses dazu ausgebildet sein, eine Form des Einspritzkanals entsprechend einem Betriebsmodus anzupassen. Dadurch können Einspritzparameter des Reduktionsmitteleinspritzers einstellbar sein. Entsprechend kann das Verfahren Bewegen des Düsenstifts innerhalb des Düsengehäuses umfassen, um eine Form des Einspritzkanals entsprechend einem Betriebsmodus anzupassen.According to a further development of the invention, the nozzle pin can be designed to be movable within the nozzle housing in order to adapt a shape of the injection channel in accordance with an operating mode. In this way, injection parameters of the reducing agent injector can be set. Accordingly, the method can include moving the nozzle pin within the nozzle housing in order to adapt a shape of the injection channel in accordance with an operating mode.
Der Düsenstift kann beispielsweise zwischen mehreren diskreten Betriebspositionen bewegt werden, die jeweils einen bestimmten Betriebsmodus definieren, indem die Form des Einspritzkanals auf der Grundlage des Zusammenspiels zwischen der äußeren Form des Düsenstifts und der inneren Form des Düsengehäuses festgelegt wird. In einem anderen Beispiel kann der Düsenstift jedoch kontinuierlich bewegt werden, sodass eine graduelle Anpassung der Einspritzparameter möglich sein kann.For example, the nozzle pin can be moved between several discrete operating positions, each defining a particular operating mode by determining the shape of the injection channel based on the interaction between the outer shape of the nozzle pin and the inner shape of the nozzle housing. In another example, however, the nozzle pin can be moved continuously so that a gradual adjustment of the injection parameters can be possible.
In einer ersten Betriebsposition eines bestimmten Beispiels kann der Düsenstift den Einspritzkanal und/oder einen Einlass des Einspritzkanals vollständig verschließen, sodass kein Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt wird. Diese erste Betriebsposition kann somit einen „Aus“-Modus des Reduktionsmitteleinspritzers darstellen. In einer zweiten Betriebsposition dieses Beispiels kann der Düsenstift derart positioniert werden, dass eine laminare Strömung des Reduktionsmittels durch den Einspritzkanal erreicht wird. In einer dritten Betriebsposition des Düsenstifts kann der Einspritzkanal derart geformt werden, dass eine turbulente Strömung des Reduktionsmittels erreicht wird. In einer vierten Betriebsposition kann das Reduktionsmittel stabile Strömungswirbel innerhalb einer allgemein turbulenten Strömung bilden, d.h. die Flüssigkeit kann Bereiche aufweisen, in denen die Strömung um eine Achse, die gerade oder gekrümmt sein kann, rotiert. Diese zirkulierenden Bereiche können sich entlang des Einspritzkanals ausbreiten und können in Form und/oder Verhalten gesteuert werden, z.B. durch Anpassung der Geometrie der Einspritzkanäle. Solche Wirbel können zur Anpassung der Reduktionsmittelverteilung entsprechend dem jeweiligen Anwendungsfall genutzt werden, z.B. unterschiedliche Betriebs- und/oder Fahrbedingungen, unterschiedliche Motorgrößen usw.In a first operating position of a specific example, the nozzle pin can completely close the injection channel and / or an inlet of the injection channel, so that no reducing agent is injected into the exhaust gas flow. This first operating position can thus represent an “off” mode of the reducing agent injector. In a second operating position of this example, the nozzle pin can be positioned in such a way that a laminar flow of the reducing agent through the injection channel is achieved. In a third operating position of the nozzle pin, the injection channel can be shaped in such a way that a turbulent flow of the reducing agent is achieved. In a fourth operating position the reducing agent can form stable flow eddies within a generally turbulent flow, i.e. the liquid can have regions in which the flow rotates about an axis which can be straight or curved. These circulating areas can spread along the injection channel and can be controlled in terms of shape and / or behavior, e.g. by adapting the geometry of the injection channels. Such eddies can be used to adapt the reducing agent distribution according to the respective application, e.g. different operating and / or driving conditions, different engine sizes, etc.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die Einspritzparameter einen Reduktionsmitteleinspritzwinkel, eine Reduktionsmittel-Strömungsgeschwindigkeit und/oder einen Reduktionsmittel-Strömungstyp umfassen.According to a development of the invention, the injection parameters can include a reducing agent injection angle, a reducing agent flow rate and / or a reducing agent flow type.
Der Reduktionsmitteleinspritzwinkel definiert den Winkel, unter dem das Reduktionsmittel relativ zu dem Abgasstrom ausgestoßen wird. Beispielsweise können hohe Einspritzwinkel zu einer hohen Spreizung und damit zu einer gleichmäßigen Verteilung des Reduktionsmittels im Abgas führen. Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsmittels hingegen kann ebenfalls zu einer guten Verteilung im Abgas führen, da das Reduktionsmittel besser in das Abgas eindringen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsmittels bei der Einspritzung kann ebenfalls den Einspritzwinkel beeinflussen, z.B. kann eine größere Geschwindigkeit zu einem kleineren Einspritzwinkel führen. Die Reduktionsmittel-Strömungstypen können ohne Einschränkung verschiedene Formen von turbulenter Strömung mit oder ohne instabilen und/oder stabilen Wirbeln, aber auch laminare Strömung umfassen.The reductant injection angle defines the angle at which the reductant is expelled relative to the exhaust gas stream. For example, high injection angles can lead to a wide spread and thus to a uniform distribution of the reducing agent in the exhaust gas. A higher flow rate of the reducing agent, on the other hand, can also lead to good distribution in the exhaust gas, since the reducing agent can penetrate better into the exhaust gas. The flow rate of the reducing agent during the injection can also influence the injection angle, e.g. a higher speed can lead to a smaller injection angle. The reducing agent flow types can include, without limitation, various forms of turbulent flow with or without unstable and / or stable eddies, but also laminar flow.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Einspritzkanal eine Wirbelkammer aufweisen, welche zwischen einem durch die Außenfläche des Düsenstifts definierten Innenradius und einem durch die Innenfläche des Düsengehäuses definierten Außenradius gebildet ist. Die Wirbelkammer kann derart geformt sein, dass sie Strömungswirbel innerhalb des Reduktionsmittels erzeugt, indem das Reduktionsmittel bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen dem Innenradius und dem Außenradius geführt wird. Entsprechend können in einer Weiterbildung des Verfahrens Strömungswirbel innerhalb des Reduktionsmittels erzeugt werden, indem das Reduktionsmittel durch eine Wirbelkammer in dem Einspritzkanal mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten zwischen einem durch die Außenfläche des Düsenstiftes definierten Innenradius und einem durch die Innenfläche des Düsengehäuses definierten Außenradius geführt wird.According to a further development of the invention, the injection channel can have a swirl chamber which is formed between an inner radius defined by the outer surface of the nozzle pin and an outer radius defined by the inner surface of the nozzle housing. The vortex chamber can be shaped in such a way that it generates flow vortices within the reducing agent by guiding the reducing agent at different flow speeds between the inner radius and the outer radius. Correspondingly, in a further development of the method, flow vortices can be generated within the reducing agent by passing the reducing agent through a vortex chamber in the injection channel at different flow speeds between an inner radius defined by the outer surface of the nozzle pin and an outer radius defined by the inner surface of the nozzle housing.
Wirbel beschreiben eine spezielle Art von Strömung, bei der sich die Partikel eines Fluids kreisförmig entlang einer definierten Achse in einem virtuellen Zentrum bewegen. Die Rotation der Wirbel kann ihre eigene Stabilität unterstützen, d.h. die zirkulierende Fluidstruktur kann quasi konstant bleiben. Im umgekehrten Fall strömen die Partikel in undefinierte Richtungen und bilden somit keine kohärenten Strukturen innerhalb der Strömung des Fluids. Das Aussehen und Verhalten der Wirbel kann auf der Grundlage der zugrundeliegenden mathematischen Beschreibung der teilweise gelösten Navier-Stokes-Gleichung berechnet und vorhergesagt werden, z.B. auf der Grundlage der Lamb-Oseen-Lösung bzw. des Lamb-Oseen-Modells, welches eine technisch detaillierte Beschreibung des Wirbelverhaltens und die Möglichkeit eröffnet, die notwendigen Bedingungen für die Modifikation seines Erscheinungsbildes festzulegen. Mit anderen Worten erlaubt dies die Kontrolle eines Wirbels in seiner Form und/oder seinem Verhalten, z.B. seine Größe/Radius, Fokus und Ausbreitungsrichtung.Vortices describe a special type of flow in which the particles of a fluid move in a circle along a defined axis in a virtual center. The rotation of the eddies can support their own stability, ie the circulating fluid structure can remain more or less constant. In the opposite case, the particles flow in undefined directions and thus do not form any coherent structures within the flow of the fluid. The appearance and behavior of the eddies can be calculated and predicted on the basis of the underlying mathematical description of the partially solved Navier-Stokes equation, e.g. on the basis of the Lamb-Oseen solution or the Lamb-Oseen model, which is a technically detailed Description of the vortex behavior and the possibility opens up the necessary conditions for the modification of its To determine the appearance. In other words, this allows the shape and / or behavior of a vortex to be controlled, for example its size / radius, focus and direction of propagation.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Düsenstift dazu ausgebildet sein, eine Form der Wirbelkammer durch Bewegung innerhalb des Düsengehäuses anzupassen. Dadurch kann eine Wirbelform und/oder ein Wirbelströmungsverhalten der erzeugten Strömungswirbel anpassbar sein. Entsprechend kann in einer Weiterbildung des Verfahrens eine Form der Wirbelkammer durch Bewegen des Düsenstiftes innerhalb des Düsengehäuses angepasst werden, wodurch eine Wirbelform und/oder ein Wirbelströmungsverhalten der erzeugten Strömungswirbel angepasst wird.According to a further development of the invention, the nozzle pin can be designed to adapt a shape of the swirl chamber by movement within the nozzle housing. As a result, a vortex shape and / or a vortex flow behavior of the flow vortices generated can be adapted. Correspondingly, in a further development of the method, a shape of the vortex chamber can be adapted by moving the nozzle pin within the nozzle housing, whereby a vortex shape and / or a vortex flow behavior of the flow vortices generated is adapted.
Durch Verschieben des Düsenstiftes relativ zum Düsengehäuse können Größe, Durchmesser und allgemeine Geometrie der Wirbelkammer oder allgemeiner die des Einspritzkanals und damit des von dem Reduktionsmittel durchströmten Volumens variiert und angepasst werden, um bestimmte Wirbelströmungseigenschaften oder allgemeiner verschiedene Einspritzparameter für das Reduktionsmittel einzustellen, die den Einspritzwinkel des Reduktionsmittels, die Strömungsgeschwindigkeit des Reduktionsmittels und/oder den Typ des Reduktionsmittelflusses umfassen.By moving the nozzle pin relative to the nozzle housing, the size, diameter and general geometry of the swirl chamber or, more generally, that of the injection channel and thus of the volume through which the reducing agent flows can be varied and adapted in order to set certain vortex flow properties or, more generally, different injection parameters for the reducing agent that affect the injection angle of the Reducing agent, the flow rate of the reducing agent and / or the type of reducing agent flow include.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Düsenstift dazu ausgebildet sein, eine Form eines Düsenauslasses der Einspritzdüse durch Bewegung innerhalb des Düsengehäuses anzupassen. Entsprechend kann in einer Weiterbildung des Verfahrens eine Form eines Düsenauslasses der Einspritzdüse durch Bewegen des Düsenstiftes innerhalb des Düsengehäuses angepasst werden.According to a further development of the invention, the nozzle pin can be designed to adapt a shape of a nozzle outlet to the injection nozzle by movement within the nozzle housing. Accordingly, in a further development of the method, a shape of a nozzle outlet of the injection nozzle can be adapted by moving the nozzle pin within the nozzle housing.
Der Einspritzwinkel des Reduktionsmittels kann z.B. dadurch verändert werden, dass der Düsenstift an dem Düsenauslass teilweise aus dem Düsengehäuse herausbewegt wird, so dass der Düsenstift gegenüber dem Düsengehäuse einen Vorsprung bildet, der dann den Reduktionsmittelstrahl von einer Mittelachse der Einspritzdüse weg ablenkt.The injection angle of the reducing agent can be changed, for example, by partially moving the nozzle pin at the nozzle outlet out of the nozzle housing, so that the nozzle pin forms a projection opposite the nozzle housing, which then deflects the reducing agent jet away from a central axis of the injection nozzle.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Einspritzdüse entlang einer zentralen Achse des Abgasrohres angeordnet und stromabwärts in Bezug auf den Abgasstrom ausgerichtet sein.According to a development of the invention, the injection nozzle can be arranged along a central axis of the exhaust pipe and aligned downstream with respect to the exhaust gas flow.
Diese Ausführung kombiniert eine hohe Mischgüte des Reduktionsmittels mit einem sehr niedrigen Gegendruck des Reduktionsmitteleinspritzers, da eine einzige zentralisierte Strahldüse mit minimalem Querschnitt vorgesehen ist, die dennoch in der Lage ist, einen gleichmäßigen Reduktionsmittelstrom über den gesamten Querschnitt des Abgasrohres zu erzeugen. Druckschwankungen, wie sie von konventionellen gabelförmigen Systemen bekannt sind, werden so vermieden. Außerdem ist kein Gasmischer erforderlich.This design combines a high mixing quality of the reducing agent with a very low counter pressure of the reducing agent injector, since a single centralized jet nozzle with a minimal cross-section is provided, which is nevertheless able to generate a uniform flow of reducing agent over the entire cross-section of the exhaust pipe. Pressure fluctuations, as they are known from conventional fork-shaped systems, are thus avoided. In addition, no gas mixer is required.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Reduktionsmitteleinspritzer ferner einen Düsenaktor umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Düsenstifts zu veranlassen.According to a development of the invention, the reducing agent injector can further comprise a nozzle actuator which is designed to cause the nozzle pin to move.
So kann z.B. ein elektromechanischer und/oder elektromagnetischer Aktor verwendet werden, z.B. auf der Basis eines Magnetantriebs. Es können jedoch andere Aktortechnologien verwendet werden, welche ohne Beschränkung mechanische Varianten, z.B. auf der Basis einer Schraube (ähnlich z.B. der Einstellung eines Vergasers), hydraulische Aktoren, pneumatische Aktoren oder andere druckregulierte Geräte usw. umfassen.For example, an electromechanical and / or electromagnetic actuator can be used, e.g. on the basis of a magnetic drive. However, other actuator technologies can be used, which include, without limitation, mechanical variants, e.g. on the basis of a screw (similar e.g. to the setting of a carburetor), hydraulic actuators, pneumatic actuators or other pressure-regulated devices, etc.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Düsenaktor entlang einer zentralen Achse des Abgasrohres angeordnet und stromaufwärts in Bezug auf den Abgasstrom relativ zu der Einspritzdüse ausgerichtet sein.According to a development of the invention, the nozzle actuator can be arranged along a central axis of the exhaust pipe and aligned upstream with respect to the exhaust gas flow relative to the injection nozzle.
Der Aktor kann somit direkt hinter der Einspritzdüse relativ zu dem Abgasstrom derart angeordnet werden, dass eine möglichst geringe Querschnittsfläche erzeugt wird, um die Gegen-/Rückdrücke des Einspritzsystems zu minimieren.The actuator can thus be arranged directly behind the injection nozzle relative to the exhaust gas flow in such a way that the smallest possible cross-sectional area is generated in order to minimize the back pressures of the injection system.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments specified in the schematic figures.
FigurenlisteFigure list
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.
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1 zeigt schematisch ein System zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betriebsmodus. -
2 zeigtdas System aus 1 in einem zweiten Betriebsmodus. -
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abgasnachbehandlung unter Verwendung desSystems aus 1 und 2 .\ -
4 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug umfassend das Systemzur Abgasnachbehandlung von 1 und 2 . -
5 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht einer Einspritzdüse, wie sie indem System aus 1 und2 in dem ersten Betriebsmodus verwendet wird. -
6 zeigt schematisch dieEinspritzdüse aus 5 in dem zweiten Betriebsmodus. -
7 zeigt schematisch eine detaillierte Querschnittsansicht der Einspritzdüse aus5 . -
8 zeigt schematisch eine detaillierte Querschnittsansicht der Einspritzdüse aus6 . -
9 zeigt schematisch eine weitere detaillierte Querschnittsansicht der Einspritzdüse aus5 . -
10 zeigt schematisch eine weitere detaillierte Querschnittsansicht der Einspritzdüse aus6 .
-
1 shows schematically a system for exhaust gas aftertreatment according to an embodiment of the invention in a first operating mode. -
2 shows thesystem 1 in a second operating mode. -
3 FIG. 13 shows a flow diagram of a method for exhaust gas aftertreatment using the system from FIG1 and2 . \ -
4th shows schematically a motor vehicle comprising the exhaust gas aftertreatment system from1 and2 . -
5 FIG. 11 shows schematically a cross-sectional view of an injection nozzle as used in the system of FIG1 and2 is used in the first mode of operation. -
6th shows schematically the injection nozzle from5 in the second mode of operation. -
7th FIG. 11 shows schematically a detailed cross-sectional view of the injection nozzle from FIG5 . -
8th FIG. 11 shows schematically a detailed cross-sectional view of the injection nozzle from FIG6th . -
9 FIG. 11 schematically shows a further detailed cross-sectional view of the injection nozzle from FIG5 . -
10 FIG. 11 schematically shows a further detailed cross-sectional view of the injection nozzle from FIG6th .
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.Although specific exemplary embodiments are illustrated and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that a variety of alternative and / or equivalent implementations can be substituted for the specific exemplary embodiments illustrated and described without departing from the scope of the present invention. In general, the application covers any adaptations or variations of the specific exemplary embodiments described herein.
Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the exemplary embodiments
Im Einzelnen umfasst das System
Das System
Die Einspritzdüse
Ein Reduktionsmittel
Durch die Anwendung des Prinzips einer Strahldüse ist es möglich, eine sehr gleichmäßige und breite Verteilung des Reduktionsmittels
Ferner ist der Düsenstift
Als Beispiel sind in
Der erste Betriebsmodus wird im Folgenden als „fokussierter Modus“ bezeichnet, während der zweite Betriebsmodus als „defokussierter Modus“ bezeichnet wird. In dem fokussierten Betriebsmodus wird das Reduktionsmittel
Beide Betriebsmodi entsprechen unterschiedlichen Positionen des Düsenstiftes
Aufgrund der unterschiedlichen Formen und Anordnungen des Einspritzkanals
Um die Bewegung des Düsenstiftes
Die abgebildete beispielhafte Ausführung der Einspritzdüse
Es versteht sich, dass die dargestellte Ausführung lediglich beispielhaften Charakter hat und dass der Fachmann Wirbelkammern mit anderen Formen vorsehen kann. Darüber hinaus können bei bestimmten Anwendungen mehr als eine Wirbelkammer vorteilhaft sein, z.B. mehrere ringförmige Wirbelkammern, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind. Darüber hinaus kann der Einspritzkanal
Die Wirbelkammer der vorliegenden beispielhaften Ausführung ist in
Durch Verschieben des Düsenstiftes
Dies kann zur weiteren Anpassung des Ausstoßvorgangs des Reduktionsmittels
In dem defokussierten Modus der
In dem fokussierten Modus kann eine geeignete Konfiguration des Düsenauslasses
Als Ergebnis steht ein Reduktionsmitteleinspritzer nach dem Strahlprinzip zur Verfügung, der eine gleichmäßige Ausdehnung des eingespritzten Reduktionsmittels über den Querschnitt des Abgasrohres und damit der SCR-Vorrichtung erreicht und damit die SCR-Effizienz im Vergleich zu herkömmlichen Systemen effektiv verbessert. Das System kann eine einzelne Düse in zentraler Position mit minimaler Querschnittsfläche und damit minimalem Strömungswiderstand verwenden. In anderen Ausführungsformen können jedoch auch mehrere Einspritzdüsen verwendet werden, die jeweils als Strahldüse konfiguriert sind.As a result, a reducing agent injector based on the jet principle is available, which achieves a uniform expansion of the injected reducing agent over the cross section of the exhaust pipe and thus the SCR device and thus effectively improves the SCR efficiency compared to conventional systems. The system can use a single nozzle in a central position with minimal cross-sectional area and thus minimal flow resistance. In other embodiments, however, a plurality of injection nozzles can also be used, each of which is configured as a jet nozzle.
Darüber hinaus bietet das System eine verbesserte Kontrolle über die Einspritzparameter durch die Nutzung eines Wirbelprinzips innerhalb einer Strahldüse. Dies ermöglicht die Anpassung der Düsenkonstruktion für unterschiedliche Anwendungen (z.B. unterschiedliche Rohrdurchmesser oder Motorgrößen) und für unterschiedliche Betriebspunkte durch aktive Bewegung des Düsenstiftes während des Betriebs.In addition, the system offers improved control over the injection parameters through the use of a vortex principle within a jet nozzle. This enables the nozzle design to be adapted for different applications (e.g. different pipe diameters or motor sizes) and for different operating points by actively moving the nozzle pin during operation.
Ein entsprechendes Verfahren
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.In the preceding detailed description, various features for improving the stringency of the presentation have been summarized in one or more examples. It should be clear, however, that the above description is merely illustrative, but not restrictive in nature. It serves to cover all alternatives, modifications and equivalents. Many other examples will be immediately apparent to those skilled in the art on the basis of their technical knowledge in view of the above description. The exemplary embodiments were selected and described in order to be able to illustrate the principles on which the invention is based and its possible applications in practice so that those skilled in the art will be able to understand the invention and its various To optimally modify and use exemplary embodiments in relation to the intended purpose.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- AbgasrohrExhaust pipe
- 22
- ReduktionsmitteleinspritzerReducing agent injector
- 33
- AbgasstromExhaust gas flow
- 44th
- EinspritzdüseInjector
- 55
- DüsenstiftNozzle pin
- 5a5a
- Außenfläche des DüsenstiftesOuter surface of the nozzle pin
- 66th
- DüsengehäuseNozzle housing
- 6a6a
- Innenfläche des DüsengehäusesInner surface of the nozzle housing
- 77th
- EinspritzkanalInjection port
- 88th
- ReduktionsmittelReducing agent
- 99
- WirbelkammerVortex chamber
- 1010
- System zur AbgasnachbehandlungExhaust aftertreatment system
- 1111
- StrömungswirbelVortex
- 1212th
- DüsenauslassNozzle outlet
- 1313th
- zentrale Achsecentral axis
- 1414th
- DüsenaktorNozzle actuator
- 1515th
- EinspritzkörperInjection body
- 1616
- DüseneinlassNozzle inlet
- v1-v3v1-v3
- Reduktionsmittel-StrömungsgeschwindigkeitenReductant flow rates
- αα
- ReduktionseinspritzwinkelReduction injection angle
- 100100
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 101101
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- MM.
- Verfahrenprocieedings
- M0-M1M0-M1
- VerfahrensschrittProcess step
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2014/154936 A1 [0004]WO 2014/154936 A1 [0004]
- DE 2009030927 A1 [0005]DE 2009030927 A1 [0005]
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KR1020200068037A KR20210103366A (en) | 2020-02-12 | 2020-06-05 | System and method for exhaust gas after treatment |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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-
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- 2020-09-07 CN CN202010930726.0A patent/CN113250793A/en active Pending
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113250793A (en) | 2021-08-13 |
KR20210103366A (en) | 2021-08-23 |
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