DE112019003201T5

DE112019003201T5 - Grossmotorenmischer für abgasanlage

Info

Publication number: DE112019003201T5
Application number: DE112019003201.1T
Authority: DE
Inventors: Julien Moulieres
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2021-03-04
Also published as: WO2020002990A2; US20190388851A1; WO2020002990A3

Abstract

Eine Fahrzeugabgasanlage weist ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil, ein Zwischenabgasanlagenbauteil und ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil auf. Das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil ist durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert, und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil ist durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert. Das Zwischenabgasanlagenbauteil ist zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil angeordnet und durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser. Mindestens ein Mischer ist im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im Zwischenabgasanlagenbauteil angeordnet. Eine Einspritzdüse ist dazu ausgelegt, Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil einzuspritzen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 25. Juni 2018 eingereichten U.S. Patentanmeldung Nr. 16/016,859 , die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Fahrzeugabgasanlage, die einen vergrößerten Bereich zwischen Mischelementen bietet, in die ein Fluid zur Vermischung mit Abgasen eingespritzt werden soll.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Abgasanlage leitet heiße Abgase, die von einem Motor erzeugt werden, zur Emissionsreduzierung und Geräuschminderung durch verschiedene Abgasanlagenbauteile. Die Abgasanlage weist ein Einspritzsystem auf, das ein Dieselabgasfluid (engl. Diesel Exhaust Fluid - DEF) wie etwa AdBlue® oder ein beliebiges Reduktionsmittel oder Fluid, das beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung ist, stromaufwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (engl. Selective Catalytic Reduction - SCR) einspritzt. Das Einspritzsystem weist einen Dosierer oder eine Einspritzdüse auf, der/die das eingespritzte Fluid in den Abgasstrom sprüht. Der Harnstoff aus dem eingespritzten Fluid sollte so weit wie möglich in Ammoniak (NH₃) umgewandelt werden, bevor er den SCR-Katalysator erreicht.
Die Industrie geht dazu über, kompaktere Abgasanlagen bereitzustellen, was zu einem geringeren Volumen der Anlage führt. Große Motoren erzeugen jedoch beträchtliche Mengen an NOx, weshalb es notwendig ist, eine große Fluidmenge in den Abgasstrom einzuspritzen. Wenn große Fluidmengen in den Abgasstrom eingespritzt werden, hat dies einen Kühleffekt und kann zu einer schnellen Abkühlung entlang der Wände der Einspritzstelle führen. Darüber hinaus kann die Einspritzkraft das Fluid auf eine bestimmte Stelle an den Wänden lenken, so dass ein Aufprallbereich gebildet wird. Die schnelle Abkühlung entlang der Wände und im Prallbereich kann zur Bildung von Harnstoffablagerungen an diesen Stellen führen, die sich negativ auf die Leistung der Anlage auswirken können.
Eine Isolierung kann dazu verwendet werden, höhere Temperaturen entlang der Wände aufrechtzuerhalten; bei großen Motoren reicht die Isolierung allein jedoch nicht aus, um ein ausreichendes Temperaturniveau aufrechtzuerhalten. Es muss eine Lösung gefunden werden, um das Auftreffen des Fluidstrahls auf die Wände zu begrenzen oder den Strahl auf einen Bereich zu lenken, in dem das Risiko der Ablagerungsbildung gering ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform weist eine Fahrzeugabgasanlage ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil, ein Zwischenabgasanlagenbauteil und ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil auf. Das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil ist durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert, und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil ist durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert. Das Zwischenabgasanlagenbauteil ist zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil angeordnet und durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser. Mindestens ein Mischer ist im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im Zwischenabgasanlagenbauteil angeordnet. Eine Einspritzdüse ist dazu ausgelegt, Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil einzuspritzen.
In einer weiteren Ausführungsform der obigen weist das Zwischenabgasanlagenbauteil einen Einlasskonus, einen Auslasskonus und einen Mittelabschnitt auf, der den Einlasskonus und den Auslasskonus verbindet, und wobei der Mittelabschnitt den dritten äußersten Durchmesser definiert.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist eine Fahrzeugabgasanlage ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil auf, das eine Mittelachse definiert, und ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil, das koaxial zum stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verläuft. Ein Zwischenabgasanlagenbauteil weist ein erstes Ende auf, das mit einem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, und ein zweites Ende, das mit einem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist. Das Zwischenabgasanlagenbauteil ist durch einen äußersten Durchmesser definiert, der größer ist als die äußersten Durchmesser des stromaufwärtigen und des stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils. Mindestens ein Mischer ist im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im Zwischenabgasanlagenbauteil angeordnet. Eine Einspritzdüse ist dazu ausgelegt, Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil einzuspritzen.
In einer weiteren Ausführungsform einer der obigen umfasst der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil.
In einer weiteren Ausführungsform einer der obigen umfasst der erste Mischer einen Wendelmischer zur Erzeugung einer einfachen Wirbelströmung oder einen Mehrplattenmischer zur Erzeugung einer doppelten Wirbelströmung.
In einer weiteren Ausführungsform einer der obigen umfasst der zweite Mischer eine Platte, die in Bezug auf eine Mittelachse des stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils geneigt ist, oder einen Mehrplattenmischer zur Erzeugung einer doppelten Wirbelströmung.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Einspritzen von Fluid in eine Fahrzeugabgasanlage Folgendes: Bereitstellen eines stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteils, das durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert ist, und eines stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils, das durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert ist; Verbinden eines Endes eines Zwischenabgasanlagenbauteils mit dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und eines entgegengesetzten Endes des Zwischenabgasanlagenbauteils mit dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert ist, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser; Erzeugen einer Wirbelströmung von Abgas im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil, im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil oder im Zwischenabgasanlagenbauteil mit mindestens einem Mischer; Einspritzen von Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil zur Vermischung mit dem Abgas; und Bereitstellen einer Auslassströmung eines Gemischs aus Fluid und dem Abgas aus dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil.
Diese und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden am besten anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnungen verstanden, die nachfolgend kurz beschrieben sind.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugabgasanlage mit einer Mischerbaugruppe, in der die vorliegende Erfindung integriert ist.
2 ist eine schematische Ansicht der Mischerbaugruppe aus 1.
3 ist eine schematische Ansicht der Mischerbaugruppe aus 2 mit Ausführungsbeispielen von Mischelementen.
4 zeigt ein Strömungsmuster für ein stromaufwärtiges Mischelement, wie es in der Mischerbaugruppe von 3 verwendet wird.
5 zeigt ein Strömungsmuster für ein stromabwärtiges Mischelement, wie es in der Mischerbaugruppe von 3 verwendet wird.
6 zeigt ein weiteres Beispiel für ein stromabwärtiges Mischelement.
7 zeigt ein Beispiel für ein Mischelement, wie es in einem Mittelabschnitt der Mischerbaugruppe verwendet wird.
8 zeigt ein Beispiel für ein stromaufwärtiges Leitblech.
9 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Mischelement, wie es in einem Mittelabschnitt der Mischerbaugruppe verwendet wird.
10 zeigt ein Beispiel für die Anordnung des stromaufwärtigen Leitblechs aus 8.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Fahrzeugabgasanlage 10 weist einen Motor 12 auf, der Abgase erzeugt, die durch verschiedene stromaufwärtige Abgasanlagenbauteile 14 geleitet werden. Die stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteile 14 umfassen Bauteile wie Partikelfilter, Katalysatoren, z.B. SCR, DOC usw., und andere Bauteile, die unerwünschte Elemente aus den Abgasen entfernen. In einem Ausgestaltungsbeispiel umfassen die stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteile 14 eine Mischerbaugruppe 16, die dazu verwendet wird, ein Gemisch aus eingespritztem Fluid und Motorabgasen in ein stromabwärtiges Katalysatorsubstrat 18, wie etwa ein SCR-Substrat, zu leiten. In einem Beispiel liegt die Mischerbaugruppe 16 der stromaufwärtigen Bauteile an einem Turboladerauslass. Stromabwärts des Substrats 18 können verschiedene zusätzliche stromabwärtige Abgasanlagenbauteile 20 liegen. Die verschiedenen stromabwärtigen Abgasanlagenbauteile 20 können eine oder mehrere der folgenden Bauteile umfassen: Rohre, Schalldämpfer, Resonatoren usw., und die Abgase über ein Endrohr 22 zu einem Auslass in die Atmosphäre leiten. Diese stromaufwärtigen 14 und stromabwärtigen 20 Bauteile können je nach Art der Anwendung und verfügbarem Bauraum in vielen verschiedenen Ausgestaltungen und Kombinationen angebracht werden.
Die Mischerbaugruppe 16 weist ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil 30, ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil 32 und ein Zwischenbauteil 34 auf, das das stromaufwärtige 30 und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 miteinander verbindet. Die Mischerbaugruppe 16 wird dazu verwendet, eine Wirbel- oder Drehbewegung des Abgases zu erzeugen. Ein Einspritzsystem 36 wird dazu verwendet, Dieselabgasfluid (DEF) wie AdBlue® oder ein beliebiges Reduktionsmittel oder Fluid, das z.B. eine Harnstoff-Wasser-Lösung ist, in den Abgasstrom einzuspritzen, so dass die Mischerbaugruppe 16 das eingespritzte Fluid und das Abgas gründlich miteinander vermischen kann. Das Einspritzsystem 36 weist eine Fluidzufuhr 38, einen Dosierer oder eine Einspritzdüse 40 und eine Steuereinrichtung 42 auf, die das Einspritzen des Fluids wie bekannt steuert. Der Dosierer/die Einspritzdüse 40 ist ein bekanntes Bauteil, und es kann jede Art von Dosierer/Einspritzdüse 40 verwendet werden, um das Fluid aus der Fluidzufuhr 38 in den Abgasstrom einzuspritzen.
In einem in 2 gezeigten Beispiel definieren das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30, das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 und das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 eine Mittelachse A, so dass die Bauteile alle koaxial zueinander verlaufen. In diesem Beispiel umfasst das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30 ein erstes Rohr, das ein stromaufwärtiges Volumen 44 definiert, und das stromabwärtige Bauteil 32 umfasst ein zweites Rohr, das ein stromabwärtiges Volumen 46 definiert. Das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 weist ein erstes Ende 48 auf, das mit einem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil 30 verbunden ist, und ein zweites Ende 50, das mit einem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil 32 verbunden ist. Das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 definiert ein Zwischenvolumen 52, das größer ist als das stromaufwärtige Volumen 44 und das stromabwärtige Volumen 46 der Mischerbaugruppe 16.
Das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30 ist durch einen ersten äußersten Durchmesser D1 und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 durch einen zweiten äußersten Durchmesser D2 definiert. Das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 ist durch einen dritten äußersten Durchmesser D3 definiert, der größer ist als der erste äußerste Durchmesser D1 und der zweite äußerste Durchmesser D2. Das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30 ist durch eine erste Länge L1 und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 durch eine zweite Länge L2 definiert. Das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 ist durch eine dritte Länge L3 definiert, die größer ist als die erste Länge L1 und die zweite Länge L2. Die größere Länge L3 und der größere Durchmesser D3 des Zwischenabgasanlagenbauteils 34 sorgen für das größere Volumen 52 des Zwischenabgasanlagenbauteils 34. Die Einspritzdüse 40 ist so ausgelegt, dass sie Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 einspritzt. Das größere Volumen 52 des Zwischenabgasanlagenbauteils 34 gewährleistet eine gründlichere Vermischung des eingespritzten Fluids mit dem Abgas.
Die Mischerbaugruppe 16 umfasst ein oder mehrere Mischelemente, die entlang der Mittelachse A axial voneinander beabstandet sind. Wie im Beispiel der 2 bis 5 gezeigt, weist das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30 einen ersten Mischer 54 und das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 einen zweiten Mischer 56 auf. Beispiele für den ersten Mischer 54 und den zweiten Mischer 56 sind in 3 gezeigt. Jeder der Mischer wird zur Erzeugung eines Wirbelströmungsmusters verwendet. In diesem Beispiel ist das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 ein offenes Volumen, das kein Mischelement hat.
In einem Beispiel ist der erste Mischer 54 ein Wendelmischer, der ein einfaches Wirbelströmungsmuster 58 erzeugt, wie in 4 gezeigt. In diesem Beispiel umfasst der Mischer 54 mehrere Platten 60, die sich von der Mittelachse A in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Platten 60 können flache oder gekrümmte Oberflächen aufweisen. Die Platten 60 sind in Umfangsrichtung voneinander beabstandet, um Strömungsspalte zwischen benachbarten Platten 60 zu schaffen. Die Platten 60 weisen radial innere Enden auf, die miteinander oder mit einer mittleren Welle 62 verbunden sind, sowie radial äußere Enden, die mit einer Innenfläche des stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteils 30 verbunden sind. Die Platten 60 sind vollständig im Rohr eingeschlossen, das das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil 30 bildet. Das Rohr weist einen vergrößerten Verbindungsflansch 64 auf, der mit einem weiteren stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil, wie etwa einem DOC, verbunden ist.
In einem Beispiel ist der zweite Mischer 56 ein Mehrplattenmischer, der eine doppelte Wirbelströmung 66 erzeugt, wie in 5 gezeigt. In diesem Beispiel umfasst der Mischer 56 mehrere Platten 68, die unter verschiedenen Winkeln in Bezug auf die Mittelachse A geneigt sind. In einem Beispiel sind in einem mittleren Satz von Platten 68a diese über einen Durchmesser des Rohrs axial voneinander beabstandet, um Strömungsspalte zwischen benachbarten Platten 68a zu schaffen. Die Platten des mittleren Plattensatzes 68a sind in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die Mittelachse A geneigt, so dass stromabwärtige Kanten der Platten 68a sich in 3 nach oben erstrecken. Auf jeder gegenüberliegenden Seite des mittleren Plattensatzes 68 befindet sich ein Satz kleinerer Platten 68b. Die Platten 68b sind in derselben Richtung, d.h. in vertikaler Richtung, wie der mittlere Plattensatz 68a axial voneinander beabstandet, um Strömungsspalte zwischen benachbarten Platten 68b zu schaffen. Die Platten 68b sind in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die Mittelachse A geneigt, so dass sich stromabwärtige Kanten der Platten 68b in 3 nach unten erstrecken. Somit erstrecken sich der mittlere Plattensatz 68a und die Sätze der Seitenplatten 68b in unterschiedliche Richtungen zueinander. Die Platten 68 sind vollständig im Rohr eingeschlossen, das das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil 32 bildet. Das Rohr weist einen vergrößerten Verbindungsflansch 70 auf, der mit einem weiteren stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil, wie etwa einem SCR-Katalysator, verbunden ist.
In einem Beispiel umfasst der erste Mischer 54 den Wendelmischer, der den einfachen Wirbel 58 erzeugt, um die Abgasmenge nahe der Innenwand des Zwischenvolumens 52 zu erhöhen. Der zweite Mischer 56 ist vorzugsweise ein Mehrplattenmischer, der den doppelten Wirbel 66 erzeugt, da die Mischeffizienz höher ist als bei einem Einfachwirbelmischer. Wahlweise könnte es sich bei dem ersten Mischer 54 auch um einen Mehrplattenmischer handeln, der den Doppelwirbel 66 erzeugt.
In einem weiteren Beispiel kann der zweite Mischer 56 eine Einzelplatte 72 sein, die in Bezug auf die Mittelachse A des stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils 32 geneigt ist, wie in 6 gezeigt. In diesem Beispiel liegt die Platte 72 in einem stumpfen Winkel zur Mittelachse A, wobei eine stromabwärtige Kante 74 oberhalb der Achse A und vor einer stromaufwärtigen Kante 76 liegt, die unterhalb der Achse A liegt. Diese Ausgestaltung führt vielmehr zu einer zufälligen Turbulenz als zu einem echten Wirbelmuster. Das Ergebnis der Verwendung dieser Ausgestaltung ist die Verringerung des Druckabfalls der Mischerbaugruppe 16, aber auch die Vergrößerung des Abstands, der erforderlich ist, um das eingespritzte Fluid einwandfrei mit dem Abgas zu vermischen. Außerdem wird der Aufprallbereich auf dem stromabwärtigen zweiten Mischer 56 erheblich reduziert, und Flüssigkeitströpfchen können aus dem stromabwärtigen Volumen 46 der Baugruppe 16 austreten.
In jeder Ausgestaltung weist das Zwischenabgasanlagenbauteil 34 einen Einlasskonus 78, der direkt mit dem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil 30 verbunden ist, einen Auslasskonus 80, der direkt mit dem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil 32 verbunden ist, und einen Mittelabschnitt 82 auf, der den Einlasskonus 78 und den Auslasskonus 80 verbindet. Der Mittelabschnitt 82 definiert den dritten äußeren Durchmesser D3. In den in den 2 bis 6 gezeigten Beispielen weist der Mittelabschnitt 82 auch einen Einspritzdüsenhalterungsansatz 84 auf, der zur Aufnahme der Einspritzdüse 40 ausgelegt ist. Die 7, 9 und 10 zeigen ein weiteres Beispiel, bei dem der Einlasskonus 78 den Einspritzdüsenhalterungsansatz 84 aufweist.
In der in 7 gezeigten Ausgestaltung verwendet die Mischerbaugruppe 16 einen mittleren Mischer 100 und kann ein kleines stromaufwärtiges Leitblech 86 aufweisen, das eine Einspritzdüsenspitze 88 (8) vom Hauptabgasstrom S (10) isoliert. Das Leitblech 86 reduziert auch das Auftreffen auf die Außenschale des Mittelabschnitts 82 und den Auslasskonus 80. Darüber hinaus ermöglicht das Leitblech 86 eine verbesserte Steuerung des Verhaltens des Fluidstrahls und des Aufprallbereichs auf stromabwärtige Mischelemente.
In dem in 7 gezeigten Beispiel weist der Einlasskonus 78 das Leitblech 86 auf, wie bei 90 angegeben. Wie im Beispiel von 8 gezeigt, umfasst das Leitblech 86 eine flache Platte in Form eines Halbkreises. Ein gekrümmter Abschnitt 92 der Platte entspricht der Krümmung einer Innenfläche des Einlasskonus 78 an einer Stelle, die sich auf derselben Seite des Konus 78 wie die Halterung 84 befindet, und die gerade Kante 94 der Platte liegt vertikal unterhalb des gekrümmten Abschnitts 92 und endet an einer Stelle, die oberhalb der Mittelachse A liegt. In diesem Beispiel liegt das Leitblech 86 innerhalb einer vertikalen Ebene, die senkrecht zur Achse A verläuft.
In dem in 10 gezeigten Beispiel erstreckt sich das Leitblech 86 in einem Winkel in Bezug auf die Mittelachse. Eine Oberkante 96 des Leitblechs 86 liegt an einer Stelle, die auf derselben Seite des Konus 78 liegt wie die Halterung 84, und die Unterkante 98 des Leitblechs 86 erstreckt sich nach unten und endet an einer Stelle, die oberhalb der Mittelachse A liegt. In diesem Beispiel steht das Leitblech 86 in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die Achse A, wobei die Unterkante 98 stromabwärts der Oberkante 96 liegt.
In dem Beispiel von 7 weist der Mittelabschnitt 82 den mittleren Einzelmischer 100 auf, der stromabwärts der Einspritzdüsenhalterung 84 angeordnet ist. In diesem Beispiel weist der Mischer 100 eine einzelne mittlere Ablenkplatte 102 auf, die in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die Mittelachse A geneigt ist, so dass eine stromabwärtige Kante 104 der mittleren Ablenkplatte 102 sich in 7 nach unten erstreckt. Auf jeder gegenüberliegenden Seite der mittleren Ablenkplatte 102 liegt eine kleinere Platte 106. Jede Platte 106 ist in einem stumpfen Winkel in Bezug auf die Mittelachse A geneigt, so dass sich stromabwärtige Kanten 108 der Platten 106 in 3 nach oben erstrecken. Die Platten 102, 106 sind vollständig innerhalb des Mittelabschnitts 82 des Zwischenabgasanlagenbauteils 34 eingeschlossen. Die Platten 106 haben eine kürzere Länge als die mittlere Platte 102, die sich nahezu über die gesamte Querschnittsfläche des Mittelabschnitts 82 erstreckt. Die Platten 102, 106 werden aus einem flachen Ablenkblech geschnitten und in ihre gewünschte Position gebogen, wobei ein offener Rahmen 110 verbleibt, durch den das Abgas und das eingespritzte Fluid strömen und sich vermischen können.
9 zeigt ein weiteres Beispiel für einen mittleren Einzelmischer 100. In diesem Beispiel werden statt aus einem gemeinsamen flachen Ablenkblech geschnittene, zwei separate Stücke verwendet, um die mittlere Platte 102 und die Seitenplatten 106 zu bilden. Diese Ausgestaltung lässt sich einfacher herstellen und in den Mittelabschnitt 82 einschweißen für eine verbesserte Kontrolle der Form nach dem Schweißen. Die Oberkante der mittleren Platte 102 ist an der Innenfläche des Mittelabschnitts 82 befestigt, während sich die Unterkante nach unten und nach vorne, d.h. in einer stromabwärts gerichteten Richtung, von der Oberkante erstreckt. Die Seitenplatten 106 sind durch eine Brücke 112 zu einer U-Form miteinander verbunden. Die Unterkanten der Seitenplatten 106 erstrecken sich von der Brücke 112, die die Oberkante der Seitenplatten 106 miteinander verbindet, nach unten und nach hinten, d.h. in einer stromaufwärts gerichteten Richtung.
Die vorliegende Erfindung sieht einen vergrößerten Einspritzbereich vor, der für ein vergrößertes Volumen vor dem Auftreffen des Strahls sorgt. Im vergrößerten Einspritzbereich kann ein einzelner mittlerer Mischer verwendet werden, oder der vergrößerte Einspritzbereich kann zwischen stromaufwärtige und stromabwärtige Mischelemente angeordnet sein. Außerdem wird der eingespritzte Strahl vor dem Hauptabgasstrom geschützt, um eine bessere Durchdringung des Strahls zu ermöglichen. Zusätzlich sorgt die Verwendung verschiedener Arten von Mischern stromaufwärts und stromabwärts des vergrößerten Einspritzbereichs für eine effizientere Durchmischung auf einer verkürzten Länge.
Auch wenn eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart wurde, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass bestimmte Änderungen in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Aus diesem Grund sollten die folgenden Ansprüche geprüft werden, um den tatsächlichen Umfang und Inhalt der vorliegenden Erfindung zu ermitteln.
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 16/016859 [0001]

Claims

Fahrzeugabgasanlage, die Folgendes aufweist: ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil, das durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert ist; ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil, das durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert ist; ein zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil angeordnetes Zwischenabgasanlagenbauteil, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert ist, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser; mindestens einen Mischer, der im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im Zwischenabgasanlagenbauteil angeordnet ist; und eine Einspritzdüse, die dazu ausgelegt ist, Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil einzuspritzen.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil, das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil und das Zwischenabgasanlagenbauteil koaxial verlaufen.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 2, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil ein erstes Ende aufweist, das direkt mit einem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, und ein zweites Ende, das direkt mit einem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil einen Einlasskonus, einen Auslasskonus und einen Mittelabschnitt aufweist, der den Einlasskonus und den Auslasskonus verbindet, und wobei der Mittelabschnitt den dritten äußersten Durchmesser definiert.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 4, wobei der Mittelabschnitt den mindestens einen Mischer aufweist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 5, wobei die Einspritzdüse am Mittelabschnitt oder am Einlasskonus angebracht ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 6, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil mindestens ein Leitblech aufweist, um eine Spitze der Einspritzdüse von einem Hauptabgasstrom zu isolieren, der in das Zwischenabgasanlagenbauteil eintritt.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der erste Mischer einen Wendelmischer umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der erste Mischer einen Doppelwirbelmischer umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der zweite Mischer eine Platte umfasst, die in Bezug auf eine Mittelachse des stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils geneigt ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der zweite Mischer einen Doppelwirbelmischer umfasst.
Fahrzeugabgasanlage, die Folgendes aufweist: ein stromaufwärtiges Abgasanlagenbauteil, das eine Mittelachse definiert, wobei das stromaufwärtige Abgasanlagenbauteil durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert ist; ein stromabwärtiges Abgasanlagenbauteil, das koaxial zum stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verläuft, wobei das stromabwärtige Abgasanlagenbauteil durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert ist; ein Zwischenabgasanlagenbauteil mit einem ersten Ende, das mit einem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, und mit einem zweiten Ende, das mit einem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert ist, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser; mindestens einen Mischer, der im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil und/oder im Zwischenabgasanlagenbauteil angeordnet ist; und eine Einspritzdüse, die dazu ausgelegt ist, Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil einzuspritzen.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil einen Einlasskonus, der direkt mit dem Auslass aus dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, einen Auslasskonus, der direkt mit dem Einlass zum stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil verbunden ist, und einen Mittelabschnitt, der den Einlasskonus und den Auslasskonus verbindet, umfasst, und wobei der Mittelabschnitt den dritten äußersten Durchmesser definiert.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, wobei der Mittelabschnitt den mindestens einen Mischer aufweist und wobei der mindestens eine Mischer stromabwärts der Einspritzdüse angeordnet ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 14, wobei die Einspritzdüse am Einlasskonus angebracht ist, und wobei der mindestens eine Mischer mindestens ein mittleres Leitblech, das in Bezug auf die Mittelachse geneigt ist, und zwei zusätzliche Leitbleche aufweist, die jeweils auf einer Seite des mittleren Leitblechs angeordnet und in Bezug auf die Mittelachse geneigt sind.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 15, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil mindestens ein Leitblech aufweist, um eine Spitze der Einspritzdüse von einem Hauptabgasstrom zu isolieren, der in das Zwischenabgasanlagenbauteil eintritt.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der erste Mischer einen Wendelmischer zur Erzeugung einer einfachen Wirbelströmung oder einen Mehrplattenmischer zur Erzeugung einer doppelten Wirbelströmung umfasst.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der zweite Mischer eine Platte umfasst, die in Bezug auf eine Mittelachse des stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils geneigt ist.
Fahrzeugabgasanlage nach Anspruch 12, wobei der mindestens eine Mischer mindestens einen ersten Mischer im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und einen zweiten Mischer im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil umfasst, und wobei der zweite Mischer einen Mehrplattenmischer zur Erzeugung einer doppelten Wirbelströmung umfasst.
Verfahren zum Einspritzen von Fluid in eine Fahrzeugabgasanlage, das Folgendes umfasst: Bereitstellen eines stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteils, das durch einen ersten äußersten Durchmesser definiert ist, und eines stromabwärtigen Abgasanlagenbauteils, das durch einen zweiten äußersten Durchmesser definiert ist; Verbinden eines Endes eines Zwischenabgasanlagenbauteils mit dem stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil und eines entgegengesetzten Endes des Zwischenabgasanlagenbauteils mit dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil, wobei das Zwischenabgasanlagenbauteil durch einen dritten äußersten Durchmesser definiert ist, der größer ist als der erste und der zweite äußerste Durchmesser; Erzeugen einer Wirbelströmung von Abgas im stromaufwärtigen Abgasanlagenbauteil, im stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil oder im Zwischenabgasanlagenbauteil mit mindestens einem Mischer; Einspritzen von Fluid in das Zwischenabgasanlagenbauteil zur Vermischung mit dem Abgas; und Bereitstellen einer Auslassströmung eines Gemischs aus Fluid und dem Abgas aus dem stromabwärtigen Abgasanlagenbauteil.