DE112017007996T5

DE112017007996T5 - Einspritzdüsenkegel nach Art einer Venturidüse

Info

Publication number: DE112017007996T5
Application number: DE112017007996.9T
Authority: DE
Inventors: Alfred N. Tucker; Tomasz Kozakeiwicz; Syed Saleem Quadri; Jeffery Prairie
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies USA LLC
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2020-06-04
Also published as: US20200173330A1; CN111033006A; US11105241B2; WO2019045701A1

Abstract

Eine Fahrzeugabgasanlage weist eine Einspritzdüsenbaugruppe mit einem Kegel auf, der angrenzend an eine Einspritzdüsenhalterung positioniert ist und sich von einem stromaufwärtigen Einlassende zu einem stromabwärtigen Auslassende erstreckt. Motorabgas und ein eingespritzter Sprühstrahl treten in das Einlassende des Kegels ein und vermischen sich miteinander, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten. Der Kegel weist einen sich verschmälernden Körperabschnitt auf, der sich stromabwärts des Einlassendes befindet, um die Strömung während des Mischens zu beschleunigen. Ebenfalls offenbart sind eine Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe, die einen Mischer mit der Einspritzdüsenbaugruppe umfasst, sowie ein Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in eine Abgasanlagenkomponente unter Verwendung der Einspritzdüsenbaugruppe.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Abgasanlage leitet von einem Motor erzeugte heiße Abgase durch verschiedene Abgasanlagenkomponenten, um Emissionen zu verringern und Geräusche zu mindern. Die Abgasanlage weist ein Einspritzsystem auf, das ein Dieselabgasfluid (DEF) (diesel exhaust fluid) oder ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Lösung aus Harnstoff und Wasser, stromaufwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) einspritzt. Ein Mischer ist stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet und mischt Motorabgase und Produkte der Harnstoffumwandlung. Das Einspritzsystem weist einen Dosierer auf, der den Harnstoff in den Abgasstrom sprüht. Der Harnstoff sollte so weit wie möglich in Ammoniak (NH₃) umgewandelt werden, bevor er den SCR-Katalysator erreicht. Somit spielt die Tröpfchensprühgröße bei der Erreichung dieses Ziels eine wichtige Rolle.
Die Branche bewegt sich in Richtung der Bereitstellung kompakterer Abgasanlagen, was zu einem geringeren Volumen der Anlage führt. Systeme, die größere Tröpfchen sprühen, sind eventuell nicht in der Lage, eine ausreichende Umwandlung von Harnstoff bereitzustellen, wenn sie in kompakteren Systemkonfigurationen eingesetzt werden. Von daher sind für diese kompakteren Konfigurationen Dosierer für kleinere Tröpfchengrößen erforderlich.
Je kleiner die Tröpfchengröße, desto effektiver ist aufgrund der vergrößerten Oberflächenkontaktfläche die Umwandlung in Ammoniak. Der von Dosierern für kleine Tröpfchen erzeugte Sprühstrahl ist jedoch sehr empfindlich gegenüber einer Rückführungsströmung. Üblicherweise hat ein Bereich, der sich an einer Spitze des Dosierers befindet, einen Rückführungsströmungswirbel. Dieser Wirbel drückt die Sprühtröpfchen in Richtung der Wände des Mischbereichs an der Einspritzstelle, wodurch Ablagerungsanfangsstellen entlang der Wände entstehen. Die Ablagerungen bauen sich im Laufe der Zeit auf und können sich nachteilig auf den Systembetrieb auswirken. Beispielsweise kann es zu einem niedrigeren Ammoniak-Gleichförmigkeitsindex kommen, es können ein erhöhter Druckabfall über dem Mischer oder höhere Ammoniakemissionen während der Regenerierung des aktiven Dieselpartikelfilters (DPF) auftreten.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Ausführungsbeispiel weist eine Fahrzeugabgasanlage eine Einspritzdüsenbaugruppe mit einem Kegel auf, der angrenzend an eine Einspritzdüsenhalterung positioniert ist und sich von einem stromaufwärtigen Einlassende zu einem stromabwärtigen Auslassende erstreckt. Motorabgas und ein eingespritzter Sprühstrahl treten in das Einlassende des Kegels ein und vermischen sich miteinander, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten. Der Kegel weist einen sich verschmälernden Körperabschnitt auf, der sich stromabwärts des Einlassendes befindet, um die Strömung während des Mischens zu beschleunigen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe ein Mischeraußengehäuse, das einen Innenhohlraum bildet, ein stromaufwärtiges Leitblech, das in dem Innenhohlraum angeordnet ist, und ein stromabwärtiges Leitblech, das in dem Innenhohlraum angeordnet und in einer Richtung längs einer Mischermittelachse von dem stromaufwärtigen Leitblech axial beabstandet ist. Die Baugruppe weist ferner eine Einspritzdüsenhalterung, die bezüglich des Mischeraußengehäuses fest gehalten ist, eine Einspritzdüse, die an der Einspritzdüsenhalterung angebracht und so ausgebildet ist, dass sie einen Fluidsprühstrahl in den Innenhohlraum einspritzt, und einen wie oben beschriebenen Kegel auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in eine Abgasanlagenkomponente die folgenden Schritte auf: Bereitstellen einer Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluidsprühstrahls in eine Abgasanlagenkomponente, Positionieren eines Kegels angrenzend an die Einspritzdüse, wobei sich der Kegel von einem Einlassende zu einem Auslassende erstreckt, und wobei Motorabgas und ein Fluidsprühstrahl aus der Einspritzdüse in das Einlassende des Kegels eintreten und sich miteinander vermischen, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten, und Ausbilden eines sich verschmälernden Körperabschnitts im Kegel an einer Stelle stromabwärts des Einlassendes zur Beschleunigung der Strömung während des Mischens.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines der Vorstehenden befindet sich der sich verschmälernde Körperabschnitt am Auslassende.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines der Vorstehenden befindet sich der sich verschmälernde Körperabschnitt zwischen dem Einlass- und dem Auslassende, derart, dass der Kegel eine Venturidüsenform aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform eines der Vorstehenden umfasst der Kegel einen Körper mit einer Kegellänge, die vom stromaufwärtigen Einlassende zum stromabwärtigen Auslassende verläuft, wobei der Kegel durch eine erste Querschnittsfläche am Einlassende und eine zweite Querschnittsfläche längs der Kegellänge an einer Stelle definiert ist, die stromabwärts des Einlassendes liegt, und wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, um den sich verschmälernden Körperabschnitt zu bilden.
Diese und weitere Merkmale dieser Anmeldung sind am besten aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen verständlich, die nachstehend kurz beschrieben werden.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch ein Beispiel für eine Abgasanlage mit einem Mischer gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines stromaufwärtigen Endes eines Beispiels für einen Mischer mit einer Einspritzbaugruppe, die die vorliegende Erfindung beinhaltet.
3 ist eine Endansicht eines stromaufwärtigen Endes des Mischers aus 2.
4 ist eine Endansicht eines stromabwärtigen Endes des Mischers aus 2.
5 ist eine perspektivische Ansicht des stromaufwärtigen Endes des Mischers aus 2.
6 ist eine Explosionsansicht eines weiteren Beispiels für einen Mischer mit einer Einspritzbaugruppe, die die vorliegende Erfindung beinhaltet.
7 ist eine Explosionsansicht einer Einspritzbaugruppe aus dem Beispiel von 6.
8 ist eine Ansicht eines stromabwärtigen Endes eines Mischers mit einem Einspritzdüsenkegel, der mit den Mischern aus 2 und 6 verwendet werden kann.
9 ist eine schematische Darstellung des Kegels aus 8.
10 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels für einen Kegel, der mit den Mischern aus 2 und 6 verwendet werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In 1 ist eine Fahrzeugabgasanlage 10 gezeigt, die von einem Motor 12 erzeugte heiße Abgase durch verschiedene Abgasanlagenkomponenten leitet, um wie bekannt Emissionen zu reduzieren und Geräusche zu mindern. Zu den verschiedenen Abgasanlagenkomponenten können eine oder mehrere der folgenden gehören: Rohre, Filter, Ventile, Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Nachdem das Motorabgas die verschiedenen Abgasanlagenkomponenten durchströmt hat, tritt es, wie bekannt ist, aus der Anlage 10 in die Atmosphäre aus. Bekanntermaßen müssen die Fahrzeugabgasanlagenkomponenten aus Werkstoffen bestehen, die hohen Temperaturen und korrosiven Betriebsbedingungen standhalten können.
Bei einem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel leiten die Abgasanlagenkomponenten Motorabgase in einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 14 mit einem Einlass 16 und einem Auslass 18. Stromabwärts des DOC 14 kann ein Dieselpartikelfilter (DPF) 22 vorhanden sein, mit dem wie bekannt Schadstoffe aus dem Abgas entfernt werden. Der DPF weist einen Einlass 24 und einen Auslass 26 auf. Stromabwärts des DOC 14 und des optionalen DPF 22 befindet sich ein Katalysator 28 für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) mit einem Einlass 30 und einem Auslass 32. Der Auslass 32 leitet Abgase an stromabwärtige Abgasanlagenkomponenten 34 weiter. Optional kann die Komponente 28 einen Katalysator umfassen, der so eingerichtet ist, dass er eine Funktion der selektiven katalytischen Reduktion und eine Partikelfilterfunktion ausführt. Zu den verschiedenen stromabwärtigen Abgasanlagenkomponenten 34 können eine oder mehrere der folgenden gehören: Rohre, zusätzliche Filter, Ventile, zusätzliche Katalysatoren, Schalldämpfer usw. Diese Abgasanlagenkomponenten können je nach Fahrzeuganwendung und verfügbarem Bauraum in verschiedenen unterschiedlichen Ausführungen und Kombinationen eingebaut sein.
Ein Mischer 36 ist stromaufwärts des Einlasses 30 des SCR-Katalysators 28 und stromabwärts des Auslasses 18 des DOC 14 oder des Auslasses 26 des DPF 22 angeordnet. Der stromaufwärtige Katalysator und der stromabwärtige Katalysator können in Reihe, parallel oder in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Der Mischer 36 wird zur Erzeugung einer Verwirbelungs- oder Drehbewegung des Abgases verwendet. Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
Mit einem Einspritzsystem 38 wird ein Fluid wie etwa DEF oder ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Lösung aus Harnstoff und Wasser, stromaufwärts des SCR-Katalysators 28 so in den Abgasstrom eingespritzt, dass der Mischer 36 das Fluid und das Abgas vollständig miteinander vermischen kann. Das Einspritzsystem 38 weist eine Fluidversorgung 40, einen Dosierer bzw. eine Einspritzdüse 42 und eine Steuerung 44 auf, die die Einspritzung des Fluids wie bekannt steuert.
Der Mischer 36 umfasst einen Mischerkörper, der ein stromaufwärtiges bzw. Einlassende 46, das so ausgebildet ist, dass es die Motorabgase aufnimmt, und ein stromabwärtiges bzw. Auslassende 48 aufweist, mit dem ein Gemisch aus verwirbeltem Motorabgas und aus Harnstoff umgewandelten Produkten zum SCR-Katalysator 22 geleitet wird. Beispiele für einen Mischer, der in der Abgasanlage 10 zum Einsatz kommen kann, finden sich in der US 2012/0216513 und in den gleichzeitig anhängigen US-Anmeldungen mit den Nummern 12/57693, 12/57886 und 12/57768 , die auch auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen und hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind. Weitere Beispiele für Mischer sind in der am 24. Februar 2017 eingereichten PCT/US2017/019384 und in der am 31. Mai 2017 eingereichten PCT/US2017/035130 zu finden, die ebenfalls auf den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen und hierdurch durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Ein Beispiel für einen Mischer 36 ist in den 2-5 gezeigt. Bei diesem Beispiel definiert der Mischer 36 eine Mischermittelachse A und weist das Einlassende 46 auf, das so ausgebildet ist, dass es die Motorabgase aus dem Auslass 26 des DPF 22 oder dem Auslass 18 des DOC 14 aufnimmt. Der Mischer 36 weist das Auslassende 48 auf, um ein Gemisch aus verwirbeltem Motorabgas und aus dem eingespritzten Fluid umgewandelten Produkten zum Einlass 30 in den SCR-Katalysator 28 zu leiten. Der Mischer 36 weist ein Außengehäuse 50 auf (5), das einen Innenhohlraum 52 bildet, der einen Motorabgasströmungsweg vom Einlassende 46 zum Auslassende 48 bereitstellt.
Der Mischer 36 weist ein Einlassleitblech 60 auf, das angrenzend an das Einlassende 46 vom Außengehäuse 50 getragen ist. Bei diesem Beispiel weist das Einlassleitblech 60 eine oder mehrere längliche Schaufeln 62, 64 auf, die dazu dienen, Motorabgas in den Innenhohlraum 52 zu leiten, damit es sich mit einem von der Einspritzdüse 42 eingespritzten Sprühstrahl vermischt. Die Schaufeln sind in einer vorteilhaften Ausführung so am Einlassleitblech 60 angeordnet, dass sie die Abgasströmung im Innenhohlraum 52 so steuern, dass die Leistung verbessert und die Bildung von Ablagerungen an Innenwandflächen minimiert wird. Die Anzahl der Schaufeln kann verschieden sein; die Anzahl der Schaufeln beträgt jedoch vorzugsweise nicht mehr als vier. Bei einer bevorzugten Ausführung weist das Einlassleitblech 60 nur zwei Schaufeln auf. Bei einem anderen Beispiel weist das Einlassleitblech 60 möglicherweise keine Schaufeln auf. Dieses Beispiel wird im Folgenden ausführlicher erläutert.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die erste Schaufel 62 und die zweite Schaufel 64 so langgestreckt, dass jede Schaufel 62, 64 eine Schaufellänge L hat, die größer als eine Schaufelbreite W ist. Bei einem Beispiel umfasst das Einlassleitblech 60 eine flache Platte 58 mit einer stromaufwärtigen Oberfläche und einer stromabwärtigen Oberfläche, die dem Innenhohlraum 52 zugewandt ist, wobei die Schaufeln 62, 64 vertiefte Bereiche aufweisen, die in der flachen Platte 58 gebildet sind. Jede Schaufel 62, 64 ist an einem Ende offen, um Abgas in den Innenhohlraum 52 zu leiten.
Der Mischer 36 weist auch ein Auslassleitblech 70 auf, durch das ein Gemisch aus einem Sprühstrahl und Abgas aus dem Auslassende 48 austritt. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel umfasst das Auslassleitblech 70 eine flache Platte, die eine primäre Öffnung 72, durch die ein Großteil eines Gemischs aus Motorabgas und dem Sprühstrahl aus dem Innenhohlraum 52 austritt, und mehrere sekundäre Öffnungen 74 aufweist, die kleiner als die primäre Öffnung 72 sind. Die sekundären Öffnungen 74 tragen zur Verringerung von Gegendruck bei und können so ausgebildet sein, dass sie verschiedene Formen, Größen und/oder Muster in verschiedenen Kombinationen aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass in den offengelegten Beispielen für das Einlassleitblech 60 und das Auslassleitblech 70 zwar flache Platten gezeigt sind, es aber klar sein sollte, dass auch eine konturierte oder spiralförmige Plattengestaltung verwendet werden könnte. Die flach ausgeführte Platte ist jedoch bevorzugt, da sie eine verbesserte Leistung bietet und leichter herzustellen ist.
Bei diesem Beispiel weist das Einlassleitblech 60 auch eine primäre Öffnung 66 und mehrere sekundäre Öffnungen 68 auf. Die primäre Öffnung 66 ist an einem Umfangsrand des Einlassleitblechs 60 angeordnet und erstreckt sich über eine gewünschte Strecke in Umfangsrichtung entlang des Randes, um eine Öffnung von ausreichender Größe zu schaffen, damit eine gewünschte Abgasmenge in den Innenhohlraum 52 geleitet wird. Die primäre Öffnung 66 ist nahe der Einspritzdüse 42 positioniert, damit Abgas zu einem Bereich hin geleitet wird, in dem der Sprühstrahl in den Mischer 36 eingespritzt wird. Dies wird im Folgenden ausführlicher erläutert. Die sekundären Öffnungen 68 sind kleiner als die primäre Öffnung 66. Die sekundären Öffnungen 68 können so gestaltet sein, dass sie unterschiedliche Formen, Größen und/oder Muster in verschiedenen Kombinationen aufweisen.
In 5 ist ein Beispiel für einen Mischer 36 gezeigt, der einen Kegel 80 aufweist, der einen von der Einspritzdüse 42 eingespritzten Sprühstrahl umgibt. Die Einspritzdüse 42 definiert eine Einspritzachse I (4), die sich quer zur Mischermittelachse A (2) erstreckt. Ein Basisende 82 des Kegels 80 ist angrenzend an die Innenfläche des Gehäuses 50 nahe der Einspritzdüse 42 so positioniert, dass am Basisende 82 ein Ringspalt gebildet ist. Abgas wird so geleitet, dass es durch den Ringspalt in einer Richtung quer zur Einspritzachse I in das Basisende 82 des Kegels 80 eintritt. Wie oben erläutert, ist die primäre Öffnung 66 des Einlassleitblechs 60 angrenzend an die Einspritzdüse 42 angeordnet. Wie in 5 gezeigt, ist die primäre Öffnung 66 in einem Beispiel so angeordnet, dass sie den Kegel 80 so überlappt, dass Abgas zum Einlassbereich des Kegels 80 am Basisende 82 hin geleitet wird. Bei einem Beispiel hat die primäre Öffnung 66 eine dreieckige bzw. Keilform, die am Außenumfangsrand des Einlassleitblechs 60 gebildet ist.
In den 6-7 ist ein weiteres Beispiel für einen Mischer 36' gezeigt, der einen Außenmantel bzw. ein Außengehäuse 50', ein stromaufwärtiges bzw. einlassseitiges Leitblech 60' und ein stromabwärtiges bzw. auslassseitiges Leitblech 70' aufweist. Das Außengehäuse 50' definiert eine Mischermittelachse A, die in einer Richtung vom stromaufwärtigen Ende 46' zum stromabwärtigen Ende 48' verläuft. Das stromaufwärtige Leitblech 60' ist in einem Innenhohlraum 52' des Außengehäuses 50' angebracht und weist eine oder mehrere primäre Öffnungen 66', durch die ein Großteil des Stroms heißer Motorabgase in den Mischer 36' eintritt, sowie mehrere sekundäre Öffnungen 68' auf, die kleiner als die primäre Öffnung 66' sind. Das stromabwärtige Leitblech 70' ist im Innenhohlraum 52' angebracht und weist eine primäre Öffnung 72', durch die ein Großteil eines Gemischs aus Motorabgas und dem Sprühstrahl aus dem Innenhohlraum 52' austritt, und mehrere sekundäre Öffnungen 74' auf, die kleiner als die primäre Öffnung 72' sind. Die sekundären Öffnungen 68', 74' wirken so, dass der Gegendruck verringert wird, wie oben beschrieben.
Das Einspritzsystem 38 ist an einer Öffnung 56 angebracht, die in einer Außenumfangsfläche des Außengehäuses 50' gebildet ist. Bei einer beispielhaften Ausführung weist das Einspritzsystem 38 eine Einspritzdüsenhalterung 90, die zur Halterung der Einspritzdüse am Mischer 36' ausgebildet ist, einen Einspritzdüsenkegel 80' und ein Außengehäuse 94 auf, das den Einspritzdüsenkegel 80' zumindest teilweise umgibt. Der Einspritzdüsenkegel 80' ist im Innenhohlraum 52' an einer Stelle positioniert, die zwischen dem stromaufwärtigen Leitblech 60' und dem stromabwärtigen Leitblech 70' liegt. Der Einspritzdüsenkegel 80' erstreckt sich von einem Einlass- bzw. Basisende 82', das Abgase aufnimmt, zu einem Auslassende 84'. Optional kann die Einspritzdüsenhalterung 90 einen Schmutzfänger 96 aufweisen, der sich von der Einspritzdüsenhalterung 90 axial erstreckt.
Bei einem beliebigen der oben offenbarten Beispiele umfasst der Einspritzdüsenkegel 80, 80' einen Einspritzdüsenkegel mit einem Beschleunigungs- oder Venturi-Effekt. Dieser Einspritzdüsenkegel ist in den 8-9 genauer gezeigt. 8 zeigt einen Mischer 100, der eine Einspritzdüsenhalterung 102, die zum Haltern der Einspritzdüse am Mischer 100 ausgebildet ist, einen Einspritzdüsenkegel 104 und ein Auslassleitblech 106 aufweist. Das Einspritzdüsenaußengehäuse (94, zum Beispiel in 6) und das stromaufwärtige Leitblech sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 8 nicht gezeigt. Der Mischer 100 weist ein Außengehäuse 108 und eine Innenwand 110 auf, die vom Außengehäuse 108 über einen Spalt 112 radial einwärts beabstandet ist. Das Auslassleitblech 106 weist eine oder mehrere primäre Öffnungen 114 und mehrere sekundäre Öffnungen 116 auf, die in oben beschriebener Weise wirken.
Wie in 8 gezeigt, hat der Einspritzdüsenkegel 104 ein Einlassende 118, das angrenzend an die Einspritzdüsenhalterung 102 gelegen ist. Abgas wird durch einen Spalt zwischen dem Außengehäuse 108 und dem Einlassende 118 des Einspritzdüsenkegels 104 in das Einlassende 118 des Einspritzdüsenkegels 104 geleitet. Der Einspritzdüsenkegel 104 hat einen Körper, der sich vom Einlassende 118 zu einem Auslassende 120 erstreckt. Angrenzend an einen Rand der primären Öffnung 114 des Auslassleitblechs 106 ist eine Wand 122 angeordnet, um zu verhindern, dass eine aus dem Auslassende 120 des Kegels 104 austretende Strömung unmittelbar über die Öffnung 114 aus dem Mischer 100 austritt. Die Wand 122 umfasst eine Flachblech-, gerundete, gebogene oder andere ähnliche Struktur, die längs eines Großteils oder einer Gesamtheit des Randes der Öffnung 114 verläuft. Ein Bügel bzw. eine zweite Wand 124 ist zur Lagerung des Einspritzdüsenkegels 104 innerhalb des Mischers 100 angebracht. Bei einem Beispiel liegt die zweite Wand 124 angrenzend an das Auslassende 120 des Einspritzdüsenkegels 104 und erstreckt sich quer zur ersten Wand 122.
Wie in 9 gezeigt, hat der Kegel 104 einen Kegelkörper, dessen Querschnitt sich vom stromaufwärtigen Einlassende 118 zum stromabwärtigen Auslassende 120 ändert. Wie oben erläutert, treten Motorabgas und ein eingespritzter Sprühstrahl in das Einlassende 118 des Kegels 104 ein und vermischen sich miteinander, bevor sie über das Auslassende 120 aus dem Kegel 104 austreten. Der Kegel 104 weist einen sich verschmälernden Körperabschnitt 130 auf, der sich stromabwärts des Einlassendes 118 befindet und so ausgebildet ist, dass er die Strömung während des Mischens beschleunigt.
Der Kegel 104 hat eine Kegellänge L, die sich vom stromaufwärtigen Einlassende 118 zum stromabwärtigen Auslassende 120 erstreckt. Der Kegel 104 hat eine Baulänge L, eine erste Querschnittsfläche D1 am Einlassende 118 und eine zweite Querschnittsfläche D2 an einer Stelle L1, die sich stromabwärts des Einlassendes 118 befindet. Die zweite Querschnittsfläche D2 ist kleiner als die erste Querschnittsfläche D1, um den sich verschmälernden Körperabschnitt 130 zu bilden. Der Kegel 104 weist eine innere Kegelseitenwandfläche 132 auf, die den Strömungsweg durch den Kegel 104 begrenzt. Der sich verschmälernde Körperabschnitt 130 erleichtert die Beschleunigung der Strömung während des Mischens und sorgt für ein Gemisch mit zentralisierterer Strömung, das aus dem Auslassende 120 so austritt, dass die Menge des Sprühstrahls, der mit der inneren Kegelseitenwandfläche 132 in Berührung kommt, erheblich verringert ist.
Bei einem bevorzugten Beispiel hat der Konus 104 einen runden Querschnitt, derart, dass die erste Querschnittsfläche durch einen ersten Durchmesser D1 und die zweite Querschnittsfläche durch einen zweiten Durchmesser D2 definiert ist, der kleiner als der erste Durchmesser D1 ist, um den sich verschmälernden Körperabschnitt 130 bereitzustellen.
Bei dem in 9 gezeigten Beispiel befindet sich der sich verschmälernde Körperabschnitt 130 so zwischen dem Einlassende 118 und dem Auslassende 120, dass der Kegel 104 eine Venturidüsenform aufweist. Eine erste Länge L1 ist vom Einlassende 118 zum sich verschmälernden Körperabschnitt 130 definiert, und eine zweite Länge L2 ist vom sich verschmälernden Körperabschnitt 130 zum Auslassende 120 definiert. In einem Beispiel ist die zweite Länge L2 größer als die erste Länge L1. Optional kann die zweite Länge L2 kleiner oder gleich der ersten Länge L1 sein.
Ferner gibt es im Beispiel von 9 eine erste Querschnittsfläche D1 am Einlassende 118, eine zweite Querschnittsfläche D2 am sich verschmälernden Körperabschnitt 130 und eine dritte Querschnittsfläche D3 am Auslassende 120. In diesem Beispiel ist die zweite Querschnittsfläche D2 kleiner als die erste Querschnittsfläche D1 und ist die dritte Querschnittsfläche D3 größer oder gleich der zweiten Querschnittsfläche D2. Die dritte Querschnittsfläche D3 könnte auch gleich der ersten Querschnittsfläche D1 sein.
In 10 ist ein weiteres Beispiel für einen Kegel 104' gezeigt, der sich von einem Einlassende 118' zu einem Auslassende 120' erstreckt. In diesem Beispiel befindet sich der sich verschmälernde Körperabschnitt 130' am Auslassende 120'.
Der vorliegende Einspritzdüsenkegel mit einem sich verschmälernden Körperabschnitt verbessert den Prozentsatz des Abgasstroms innerhalb des Kegels, zentralisiert die Strömung innerhalb des Kegels und des Mischers und verhindert, dass der Sprühstrahl auf Seitenwandinnenflächen des Einspritzdüsenkegels auftrifft. Die Strömung aus dem Abgasrohr muss sich um etwa 180 Grad umkehren, um in den Kegeleinlass einzutreten und dann aus dem Kegelauslass auszutreten. Der Sprühstrahl aus der Einspritzdüse muss von der Spitze durch den Spalt zwischen der Einspritzdüsenhalterung und dem Kegeleinlass und dann in den Kegel gelangen. Der Sprühstrahl wird mit der Abgasströmung innerhalb des Kegels vermischt, während der Sprühstrahl den Kegel durchläuft und aus diesem austritt. Der vorliegende Kegel mit variablem Querschnitt beschleunigt den Abgasstrom, während der Strom den sich verschmälernden Körperabschnitt durchströmt, um die Bildung von Ablagerungen zu verringern. Der vorliegende Kegel erhöht auch den Prozentsatz des Abgasstroms durch den Kegel, zentralisiert die austretende Strömung und verringert die Partikelgröße des Sprühstrahls im Vergleich zu herkömmlichen Kegeln.
Es wurde zwar eine Ausführungsform dieser Erfindung offenbart, der Durchschnittsfachmann würde jedoch erkennen, dass bestimmte Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen würden. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche studiert werden, um den wahren Umfang und Gehalt dieser Erfindung festzustellen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0216513 [0015]
US 12/57693 [0015]
US 12/57886 [0015]
US 12/57768 [0015]
US 2017019384 PCT [0015]
US 2017035130 PCT [0015]

Claims

Einspritzdüsenbaugruppe für eine Abgasanlage mit: einem Kegel, der angrenzend an eine Einspritzdüsenhalterung positioniert ist und sich von einem stromaufwärtigen Einlassende zu einem stromabwärtigen Auslassende erstreckt, wobei Motorabgas und ein eingespritzter Sprühstrahl in das Einlassende des Kegels eintreten und sich miteinander vermischen, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten, und wobei der Kegel einen sich verschmälernden Körperabschnitt aufweist, der sich stromabwärts des Einlassendes befindet, um die Strömung während des Mischens zu beschleunigen.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei der Kegel einen Körper mit einer Kegellänge umfasst, die vom stromaufwärtigen Einlassende zum stromabwärtigen Auslassende verläuft, wobei der Kegel durch eine erste Querschnittsfläche am Einlassende und eine zweite Querschnittsfläche längs der Kegellänge an einer Stelle definiert ist, die stromabwärts des Einlassendes liegt, und wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, um den sich verschmälernden Körperabschnitt zu bilden.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 2, wobei die erste Querschnittsfläche durch einen ersten Durchmesser und die zweite Querschnittsfläche durch einen zweiten Durchmesser definiert ist, der kleiner als der erste Durchmesser ist, um einen sich verschmälernden Körperabschnitt bereitzustellen, der die Strömung während des Mischens beschleunigt und ein Gemisch mit zentralisierter Austrittsströmung bereitstellt.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 3, wobei sich die zweite Querschnittsfläche am Auslassende befindet.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 3, wobei die zweite Querschnittsfläche zwischen dem Einlass- und dem Auslassende gelegen ist, derart, dass der Kegelkörper eine Venturidüsenform aufweist.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei sich der sich verschmälernde Körperabschnitt zwischen dem Einlass- und dem Auslassende befindet, derart, dass der Kegel eine Venturidüsenform aufweist.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der Kegel einen Körper mit einer Kegellänge umfasst, die vom stromaufwärtigen Einlassende zum stromabwärtigen Auslassende verläuft, und wobei eine erste Länge vom Einlassende zum sich verschmälernden Körperabschnitt definiert ist und eine zweite Länge vom sich verschmälernden Körperabschnitt zum Auslassende definiert ist, und wobei die zweite Länge größer als die erste Länge ist.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei sich der sich verschmälernde Körperabschnitt am Auslassende befindet.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die Einspritzdüsenhalterung an das Einlassende angrenzend positioniert ist, und mit einer Einspritzdüse, die so an der Einspritzdüsenhalterung angebracht ist, dass sie koaxial zum Kegel ist, und wobei der sich verschmälernde Körperabschnitt ein Strömungsgemisch mit zentralisiertem Austritt aus dem Auslassende des Kegels bereitstellt.
Einspritzdüsenbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die Einspritzdüsenhalterung zur Befestigung an einem Mischergehäuse ausgebildet ist, das einen Innenhohlraum bildet, in dem das Motorabgas mit einem aus der Einspritzdüse austretenden Fluidsprühstrahl vermischt wird, und wobei der Kegel innerhalb des Innenhohlraums zwischen einem stromaufwärtigen Einlassleitblech und einem stromabwärtigen Auslassleitblech positioniert ist.
Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe mit: einem Mischeraußengehäuse, das einen Innenhohlraum bildet; einem stromaufwärtigen Leitblech, das in dem Innenhohlraum angeordnet ist; einem stromabwärtigen Leitblech, das in dem Innenhohlraum angeordnet und in einer Richtung längs einer Mischermittelachse von dem stromaufwärtigen Leitblech axial beabstandet ist; einer Einspritzdüsenhalterung, die bezüglich des Mischeraußengehäuses fest gehalten ist; einer Einspritzdüse, die an der Einspritzdüsenhalterung angebracht und so ausgebildet ist, dass sie einen Fluidsprühstrahl in den Innenhohlraum einspritzt; und einem Kegel, der in dem Innenhohlraum zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Leitblech positioniert ist, wobei sich der Kegel von einem Einlassende zu einem Auslassende erstreckt, und wobei Motorabgas und ein Sprühstrahl aus der Einspritzdüse in das Einlassende des Kegels eintreten und sich miteinander vermischen, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten, und wobei der Kegel einen sich verschmälernden Körperabschnitt aufweist, der sich stromabwärts des Einlassendes befindet, um die Strömung während des Mischens zu beschleunigen.
Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe nach Anspruch 11, wobei der Kegel einen Körper mit einer Kegellänge umfasst, die vom stromaufwärtigen Einlassende zum stromabwärtigen Auslassende verläuft, wobei der Kegel durch eine erste Querschnittsfläche am Einlassende und eine zweite Querschnittsfläche längs der Kegellänge an einer Stelle definiert ist, die stromabwärts des Einlassendes liegt, und wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, um den sich verschmälernden Körperabschnitt zu bilden.
Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe nach Anspruch 11, wobei sich der sich verschmälernde Körperabschnitt zwischen dem Einlass- und dem Auslassende befindet, derart, dass der Kegel eine Venturidüsenform aufweist.
Fahrzeugabgasanlagenkomponentenbaugruppe nach Anspruch 11, wobei sich der sich verschmälernde Körperabschnitt am Auslassende befindet.
Verfahren zum Einspritzen eines Fluids in eine Abgasanlagenkomponente, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Einspritzdüse zum Einspritzen eines Fluidsprühstrahls in eine Abgasanlagenkomponente, Positionieren eines Kegels angrenzend an die Einspritzdüse, wobei sich der Kegel von einem Einlassende zu einem Auslassende erstreckt, und wobei Motorabgas und ein Fluidsprühstrahl aus der Einspritzdüse in das Einlassende des Kegels eintreten und sich miteinander vermischen, bevor sie über das Auslassende aus dem Kegel austreten, und Ausbilden eines sich verschmälernden Körperabschnitts im Kegel an einer Stelle stromabwärts des Einlassendes zur Beschleunigung der Strömung während des Mischens.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der sich verschmälernde Körperabschnitt am Auslassende ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der sich verschmälernde Körperabschnitt zwischen dem Einlassende und dem Auslassende ausgebildet wird.