DE102021210565A1 - Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems eines Fahrzeugs - Google Patents

Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems eines Fahrzeugs Download PDF

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Randall Cvelbar
Eduardo Alano
Amee Bhatt
Amaresh Rakkasagi
Anthony Burnett
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Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht eine Mischanordnung (100) für eine Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems eines Fahrzeugs vor. Die Mischanordnung (100) umfasst ein Drallbauteil (200) und eine Schale (300). Das Drallbauteil (200) hat eine Dosieröffnung (150) an einer Oberseite für den Eintritt von Reduktionsmittelfluid(en) wie Harnstoff. Das Drallbauteil (200) hat einen kegelstumpfförmigen Teil (210) und einen zylindrischen Teil (220). Die Schale (300) erstreckt sich von einer Bodenfläche des zylindrischen Teils (220). Sowohl der kegelstumpfförmige Teil (210) als auch der zylindrische Teil (220) des Drallbauteils (200) sind zusammen gestanzt oder in einem einzigen Blechstanzverfahren geformt. Die vorliegende Mischanordnung (100) kann die Ablagerungen im Übergang zwischen dem Drallbauteil (200) und der Schale (300) erheblich reduzieren.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems eines Fahrzeugs.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Ein Motorabgassystem leitet die Abgase des Motors in die Umwelt ab. Bei der Ableitung der Abgase in die Umwelt sorgt das System für Lärmdämpfung und Nachbehandlung der Abgase, um Umweltverschmutzung zu vermeiden. Darüber hinaus spielt die Strömungsverteilung des Abgases eine wichtige Rolle bei der Nachbehandlung des Abgases, um den Ausstoß giftiger Stoffe in die Umwelt zu verhindern. Ein typisches Abgassystem kann ein Einlassrohr, eine Nachbehandlungseinheit und einen Auslass umfassen.
  • Die Nachbehandlungseinheit kann einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Dieselpartikelfilter (DPF) und ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR) umfassen. Die SCR-Technologie wurde eingesetzt, um die im Abgas von Verbrennungsmotoren vorhandenen Stickoxide zu reduzieren. Einige dieser Systeme sind auf der Grundlage der Harnstofftechnologie konstruiert und verfügen über eine Mischanordnung mit einem Behälter zur Lagerung eines Reduktionsmittels (z. B. Harnstoff) und ein Fördersystem zur Übertragung des Reduktionsmittels aus dem Behälter in den Abgasstrom.
  • Eine typische Mischanordnung kann eine Schale und ein Drallbauteil umfassen. In der Regel tritt eine Übergangsausbildung zwischen dem Drallbauteil und der Schale auf. Der Übergang zwischen dem Drallbauteil und der Schale ist anfällig für Ablagerungen und kann zu einem frühzeitigen Versagen der Mischanordnung führen, wodurch die Effizienz des Abgassystems erheblich verringert wird.
  • Außerdem können die Schale und das Drallbauteil durch ein Gussverfahren hergestellt werden, was nicht wirtschaftlich ist und das Gewicht der Mischanordnung erheblich erhöht. Die Schale in der Mischanordnung hat eine tiefe Schüsselform und erfordert ein teures Mehrfachstanzverfahren.
  • Daher besteht der Bedarf an einer Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit eines Verbrennungsmotors, die einige oder alle Nachteile der bestehenden Mischvorrichtungen überwindet.
  • Aufgaben der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit im Abgassystem vorzusehen.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischanordnung vorzusehen, die die Ablagerungen im Übergang zwischen dem Drallbauteil und der Schale erheblich reduzieren kann.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischanordnung vorzusehen, die aus Blechstanzteilen hergestellt ist, um das große Gussteil zu ersetzen, was das Potenzial hat, das Ablagerungsrisiko zu verringern und gleichzeitig die Kosten und das Gewicht der Mischanordnung zu senken.
  • Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mischanordnung vorzusehen, die durch ein Metallstanzverfahren hergestellt ist, das das Gewicht der Mischanordnung erheblich reduziert.
  • Abriss der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit in einem Abgassystem eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Die Mischanordnung kann ein Drallbauteil und eine Schale umfassen. Die Mischanordnung verfügt über eine Dosieröffnung an der Oberseite des Drallbauteils für den Eintritt eines Reduktionsmittels. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Reduktionsmittel Harnstoff oder ähnliches sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann das Drallbauteil einen kegelstumpfförmigen Teil und einen zylindrischen Teil haben. Das Drallbauteil besteht aus zwei in Längsrichtung aneinandergefügten Blechen, die den kegelstumpfförmigen Teil und den zylindrischen Teil bilden. Die beiden Bleche sind symmetrisch, so dass sich beim Zusammenfügen der Bleche entlang der Längsachse der kegelstumpfförmige Teil und der zylindrische Teil ergeben. In einem Ausführungsbeispiel können die beiden Teile des Drallbauteils zusammen gestanzt oder aus einem einzigen Blechstempel geformt sein. Der zylindrische Teil ist einstückig unter dem kegelstumpfförmigen Teil angeordnet, wenn die Bleche aneinandergefügt sind.
  • Außerdem kann der kegelstumpfförmige Teil einen gekrümmten Flansch aufweisen, der sich in Umfangsrichtung entlang der Fläche des Drallbauteils erstreckt. Der gekrümmte Flansch dient zur Ablenkung der Reduktionsmittel während des Mischens in der Mischanordnung. Der gekrümmte Flansch kann auch durch Blechstanzen am Drallbauteil befestigt werden.
  • Außerdem ist die Schale im Vergleich zum Drallbauteil flach. Das Tiefenverhältnis das Drallbauteil zur Schale kann im Wesentlichen in einem Bereich von 2,5:1 bis 3:1 liegen. Konkret beträgt das Tiefenverhältnis das Drallbauteil zur Schale 2,8:1. Da die Schale flach aus dem Drallbauteil herausgezogen wird, können die Ablagerungen im Übergang zwischen Drallkörper und Trommel erheblich reduziert werden. Durch das geringere Auffüllen der Ablagerungen kann die Lebensdauer der Mischanordnung verlängert werden. Der kegelstumpfförmige Teil und der zylindrische Teil das Drallbauteil werden zusammen gestanzt oder aus einem einzigen Blechstanzteil geformt. Die Verwendung von Stanzteilen aus Blech als Ersatz für das große Gussteil hat das Potenzial, das Ablagerungsrisiko zu verringern und gleichzeitig die Kosten für die Mischanordnung zu senken.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Lektüre der nachstehenden detaillierten Beschreibung deutlich, die rein beispielhaft und nicht abschließend ist und sich auf die folgenden Figuren bezieht:
    • 1 zeigt eine Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit in einem Abgassystem eines Fahrzeugs entsprechend der vorliegenden Erfindung;
    • 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der 1;
    • 3 zeigt eine Schnittansicht der Mischanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung; und
    • 4 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Drallbauteils der Mischanordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Nun wird ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das ihre Merkmale veranschaulicht, im Detail beschrieben. Die Wörter „bestehend aus“, „mit“, „enthaltend“ und „einschließend“ sowie andere Formen dieser Wörter haben eine gleichwertige Bedeutung und sind insofern offen, als ein oder mehrere Punkte, die auf eines dieser Wörter folgen, keine erschöpfende Aufzählung des oder der Punkte darstellen oder nur auf den oder die aufgeführten Punkte beschränkt sind.
  • Die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und ähnliche bezeichnen hierin keine Reihenfolge, Quantität oder Bedeutung, sondern werden stattdessen verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe „ein/e/r/s“ bezeichnen hierin keine Begrenzung von Quantität, sondern bezeichnen die Präsenz von mindestens einem der referenzierten Elemente.
  • Die offenbarten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft für die Erfindung, die in verschiedenen Formen verkörpert sein kann.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischanordnung für eine Nachbehandlungseinheit, die im Inneren eines Abgassystems eines Fahrzeugs angeordnet ist. Vorzugsweise kann die Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Dieselpartikelfilter (DPF) und ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) umfassen. Die SCR-Technologie wurde eingesetzt, um die im Abgas von Verbrennungsmotoren vorhandenen Stickoxide zu reduzieren. Einige dieser Systeme sind auf der Grundlage der Harnstofftechnologie konstruiert und verfügen über die Mischanordnung mit einem Behälter zur Lagerung eines Reduktionsmittels (z. B. Harnstoff) und ein Fördersystem zur Übertragung des Reduktionsmittels aus dem Behälter in den Abgasstrom.
  • Eine typische Mischanordnung kann eine Schale und ein Drallbauteil umfassen. In der Regel bildet sich ein Übergang zwischen dem Drallbauteil und der Schale. Der Übergang zwischen den Drallbauteilen und der Schale ist anfällig für Ablagerungen wie die Verbrennungsnebenprodukte. Diese Ablagerungen können zu einem frühzeitigen Ausfall der Mischanordnung führen und damit die Effizienz des Nachbehandlungssystems erheblich beeinträchtigen.
  • In den 1 und 2 ist eine Mischanordnung (100) für eine Nachbehandlungseinheit (nicht dargestellt) in einem Abgassystem (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Mischanordnung (100) umfasst ein Drallbauteil (200) und eine Schale (300). Die Mischanordnung (100) hat eine Dosieröffnung (150) auf der Oberseite des Drallbauteils (200) für den Eintritt eines Reduktionsmittels (nicht dargestellt). Insbesondere weist ein oberer Bereich eines kegelstumpfförmigen Teils (210) eine Dosierhalterung (230) auf, die mit der Dosieröffnung (150) für den Eintritt des Reduktionsmittels ausgebildet ist. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Reduktionsmittel Harnstoff oder ähnliches sein. Das Reduktionsmittel kann in einem Behälter (nicht dargestellt) gelagert werden.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat das Drallbauteil (200) einen kegelstumpfförmigen Teil (210) und einen zylindrischen Teil (220), die einstückig ausgebildet sind. Das Drallbauteil (200) besteht aus zwei in Längsrichtung geteilten Halbteilen des kegelstumpfförmigen Teils (210) und des zylindrischen Teils (220), die in Längsrichtung aneinandergefügt sind, um den kegelstumpfförmigen Teil (210) und den zylindrischen Teil (220) zu bilden. Durch die Aneinanderreihung der Halbteile entlang der Längsachse entstehen der kegelstumpfförmige Teil (210) und der zylindrische Teil (220), wie in 1 dargestellt. Insbesondere werden die beiden Teile, d. h. der kegelstumpfförmige Teil (210) und der zylindrische Teil (220), zusammen gestanzt oder aus einem einzigen Blechstanzteil geformt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der zylindrische Teil (220) einstückig unter dem kegelstumpfförmigen Teil (210) angeordnet.
  • Außerdem hat der kegelstumpfförmige Teil (210) einen gekrümmten Flansch (212), der sich in Umfangsrichtung entlang der Fläche des Drallbauteils (200) erstreckt. Der gekrümmte Flansch (212) leitet einen Teil des Abgasstroms in das Innere des Drallbauteils (200). Der gekrümmte Flansch (212) wird ebenfalls durch ein Blechstanzverfahren an dem Drallbauteil (200) befestigt.
  • Wie in 1 dargestellt, ist die Schale (300) aus einer Bodenfläche des zylindrischen Teils (220) des Drallbauteils (200) flach gezogen. Das Tiefenverhältnis des Drallbauteil zur Schale liegt in einem Bereich von 2,5:1 bis 3:1. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt das Tiefenverhältnis des Drallbauteils (200) zur Schale (300) 2,8:1. Da die Schale (300) flach aus dem Drallbauteil (200) herausgezogen ist, ist der Übergang zwischen dem Drallkörper (200) und der Schale (300) weiter von der Dosieröffnung (150) entfernt. Dadurch wird die Gefahr von Ablagerungen im Übergang zwischen dem Drallbauteil (200) und der Schale (300) erheblich reduziert. Die Verringerung des Risikos von Ablagerungen kann schließlich die Lebensdauer der Mischanordnung (100) verlängern. Um die Ablagerungen weiter zu reduzieren, wird der innere Umfang des Drallbauteils (200) und der Schale (300) mit Sprühstrahlen beaufschlagt, wie in 3 dargestellt. Der kegelstumpfförmige Teil (210) und der zylindrische Teil (220) des Drallbauteils (200) werden zusammen gestanzt oder in einem einzigen Blechstanzverfahren geformt. Die Verwendung des Blechstanzverfahrens hat das Potenzial, das Ablagerungsrisiko zu verringern und gleichzeitig die Kosten und das Gewicht der Mischanordnung (100) zu senken. Die Schale (300) hat eine Vielzahl von Auslassöffnungen (310) für die Vermischung des Reduktionsmittels mit den Abgasen aus der Verbrennungskammer.
  • Die vorliegende Erfindung hat daher den Vorteil, eine Mischanordnung (100) für eine Nachbehandlungseinheit des Abgassystems vorzusehen, die die Ablagerungen im Übergang zwischen dem Drallbauteil (200) und der Schale (300) wesentlich reduzieren kann. Die Mischanordnung (100) wird im Blechstanzverfahren aus Blech hergestellt, um das große Gussteil zu ersetzen, was das Ablagerungsrisiko verringern und gleichzeitig die Kosten für die Mischanordnung (100) senken kann. Außerdem sind der kegelstumpfförmige Teil (210) und der zylindrische Teil (220) des Drallbauteils (200) durch ein Metallstanzverfahren miteinander verbunden oder durch ein einziges Stanzverfahren geformt, was die Kosten und das Gewicht der Mischanordnung (100) erheblich reduziert.
  • Die vorstehenden Beschreibungen spezifischer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden für Zwecke der Illustration und Beschreibung präsentiert. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die vorliegende Erfindung auf die genauen offengelegten Formen begrenzen, und offensichtlich sind im Lichte der vorstehenden Lehre viele Modifikationen und Variationen möglich. Die Ausführungsbeispiele wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten zu erläutern und um damit anderen Fachleuten zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung und verschiedene Ausführungsbeispiele mit verschiedenen Modifikationen in Anpassung an die vorgesehene konkrete Nutzung bestmöglich zu nutzen. Es versteht sich, dass verschiedene Auslassungen und Ersetzungen von Äquivalenten vorstellbar sind, wenn Umstände dies möglicherweise suggerieren oder zweckdienlich machen, doch solche Auslassungen und Ersetzungen sollen die Anwendung oder Umsetzung abdecken, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (9)

  1. Mischanordnung (100) für eine Nachbehandlungseinheit eines Abgassystems eines Fahrzeugs, wobei die Mischanordnung (100) umfasst: ein Drallbauteil (200) mit einer Dosieröffnung (150) an einer Oberseite für den Eintritt eines Reduktionsmittels, wobei das Drallbauteil (200) einen kegelstumpfförmigen Teil (210) und einen zylindrischen Teil (220) aufweist; und eine Schale (300), die sich von einer Bodenfläche des zylindrischen Teils (220) aus erstreckt.
  2. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der kegelstumpfförmige Teil (210) einen gekrümmten Flansch (212) aufweist, der sich in Umfangsrichtung entlang der Fläche des Drallbauteils (200) erstreckt.
  3. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Schale (300) im Vergleich zum Drallbauteil (200) flach ist.
  4. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1 und 3, wobei das Tiefenverhältnis des Drallbauteils (200) zur Schale (300) im Wesentlichen im Bereich von 2,5:1 bis 3:1 liegt.
  5. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1 und 3, wobei das Tiefenverhältnis des Drallbauteils (200) zur Schale (300) 2,8:1 beträgt.
  6. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der kegelstumpfförmige Teil (210) und der zylindrische Teil (220) des Drallbauteils (200) zusammen gestanzt oder in einem einzigen Blechstanzverfahren geformt sind.
  7. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der zylindrische Teil (220) einstückig unterhalb des kegelstumpfförmigen Teils (210) angeordnet ist.
  8. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei der gekrümmte Flansch (212) dazu dient, einen Teil des Abgasstroms in das Innere des Drallbauteils (200) zu leiten.
  9. Mischanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel ein Harnstoff ist.
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