DE19738859A1 - Gemischabgabevorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Gemischabgabevorrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es besteht auch
weiterhin die Forderung nach einer Verringerung schädlicher
Abgasbestandteile von Brennkraftmaschinen. Zur Stickoxid-Reduktion
in den Abgasen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere gemischverdichtenden selbstzündenden
Brennkraftmaschinen, wird eine Harnstoff-Wasser-Lösung vor
einen Katalysator in das Abgassystem der Brennkraftmaschine
eingebracht. Im Katalysator wird der eingebrachte Harnstoff
durch chemische Reaktionen in Ammoniak überführt, welcher
die Reduktion von Stickoxiden bewirkt. Es ist schon eine
ähnliche Gemischabgabevorrichtung bekannt (EP 0 586 913 A2),
die jedoch nur zu einer Gemischeinblasung in einen Bereich
des Abgassystems geeignet ist, in dem das Abgassystem
abgewinkelt verläuft.
Die Gemischabgabevorrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil,
daß sie universeller einsetzbar ist und auch in Bereichen
von Abgassystemen angeordnet werden kann, in denen das
Abgassystem nicht abgewinkelt verläuft, und dabei eine
optimale Position im axialen Abstand gegenüber einem
Katalysator frei eingehalten werden kann. Außerdem ist eine
homogene Einbringung des Gemisches in das Abgas
gewährleistet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Gemischabgabevorrichtung möglich.
Vorteilhaft ist es, den Sprühkörper als geschlossenen Ring
und den Verteilerkanal im Sprühkörper vollständig über 360°
umlaufend auszubilden sowie die Sprühkanäle in
Umfangsrichtung des Verteilerkanals in gleichem Abstand
zueinander anzuordnen, so daß eine gleichmäßige
Gemischeinbringung in das strömende Abgas erfolgt.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß die Gemischführungsleitung
an einer Ausströmöffnung in den Verteilerkanal mündet und
die Querschnitte der der Ausströmöffnung am nächsten
liegenden Sprühkanäle kleiner sind, als die Querschnitte der
von der Ausströmöffnung weiter entfernten Sprühkanäle.
Dadurch ergibt sich eine gleichmäßige Verteilung des
Gemisches auf die Sprühkanäle.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, daß die Sprühkanäle in
Umfangsrichtung des Verteilerkanales mit Abstand zu einer
Projektion der Ausströmöffnung der Gemischführungsleitung in
den Verteilerkanal liegen, wodurch sich das Gemisch
gleichmäßig in beide Richtungen des Verteilerkanals
verteilt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, unmittelbar stromaufwärts vor
jedem Sprühkanal ein Leitelement anzuordnen, das aus der
Innenwandung des Sprühkörpers in das Abgas ragt, wobei in
einer Ausführungsform das Leitelement als umlaufender Ring
mit einer sich in Abgasströmungsrichtung konisch nach innen
geneigten Leitwand ausgebildet ist hierdurch wird erreicht,
daß das Gemisch aus den Sprühkanälen in das Abgas eintritt
und sich nicht an der Innenwandung des Sprühkörpers bzw. des
Abgassystems ablagert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine
schematisch dargestellte Harnstoff-Dosiereinrichtung für ein
Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit einer
erfindungsgemäß ausgebildeten Gemischabgabevorrichtung,
Fig. 2 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Sprühkörper
einer Gemischabgabevorrichtung zur Verwendung in einer
Harnstoff-Dosiereinrichtung nach Fig. 1, Fig. 3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.
Bei der Harnstoff-Dosiereinrichtung zur Abgabe einer
Harnstoff-Wasser-Lösung vor einen Katalysator im Abgassystem
einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer
gemischverdichtenden selbstzündenden Brennkraftmaschine,
nach der Fig. 1 ist ein Harnstoff-Wasser-Tank 1 vorgesehen,
von dem aus eine Saugleitung 2 zur Saugseite einer
druckerzeugenden Harnstofförderpumpe 3 führt. Die
Harnstofförderpumpe 3 fördert eine Harnstoff-Wasser-Lösung
in eine druckseitig angeschlossene Harnstoffdruckleitung 6.
Von der Harnstoffdruckleitung 6 führt eine
Entlastungsleitung 7 zurück zum Harnstoff-Wasser-Tank 1. In
der Entlastungsleitung 7 ist ein Druckbegrenzungsventil 8
angeordnet, durch das der Druck in der Harnstoffdruckleitung
6 beispielsweise auf 3 bar begrenzt wird.
Die Harnstoff-Dosiereinrichtung weist weiterhin eine
Gaspumpe 11 auf, die Druckgas mit beispielsweise 7 bar in
einen Gasspeicher 12 fördert. Als Gas kann z. B. Luft, Abgas
oder ein inertes Gas dienen. Mit dem Gasspeicher 12 ist
ebenfalls eine Druckgasleitung 13 verbunden, in der in Reihe
ein verstellbares Drosselventil 16, ein Druckregelventil 17
und ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 18
angeordnet sind. Das Druckregelventil 17 regelt den
stromabwärtigen Druck in der Druckgasleitung 13
beispielsweise auf 1 bar. Das 2/2-Wegeventil 18 hat eine
Sperrstellung, in der es in Fig. 1 dargestellt ist, und
eine Durchlaßstellung.
Die Harnstoffdruckleitung 6 und die Druckgasleitung 13 sind
an ein Gemischzumeßventil 21 angeschlossen, das
elektromagnetisch betätigbar ist und in dem eine Mischung
der Harnstoff-Wasser-Lösung mit dem Druckgas erfolgt. Die
Ansteuerung des 2/2-Wegeventils 18 und des
Gemischzumeßventils 21 erfolgt durch ein elektronisches
Steuergerät 22. Das mittels des Druckgases gleichmäßig und
fein aufbereitete Gemisch mit der Harnstoff-Wasser-Lösung
wird in ein Abgassystem 23 stromaufwärts eines Katalysators
26 bekannter Bauart mittels einer Gemischabgabevorrichtung
in Form eines Sprühkörpers 27 eingeblasen. Der in den
Katalysator 26 eingebrachte Harnstoff wird durch chemische
Reaktionen in Ammoniak überführt, welcher die Reduktion der
Stickoxide im Abgas bewirkt.
Die Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Sprühkörper 27. Dabei ist zwischen dem Gemischzumeßventil
21, für das ein bei der Benzineinspritzung bekanntes
methanolfestes Einspritzventil verwendet werden kann,
beispielsweise ein durch die DE 34 11 537 A1 bekanntes
Einspritzventil, und dem Sprühkörper 27 eine
Gemischführungsleitung 28 vorgesehen, die es ermöglicht, das
Gemischzumeßventil 21 mit ausreichender Entfernung vom
Abgassystem 23 anzuordnen, um das Gemischzumeßventil 21
thermisch von dem Abgassystem 23 zu entkoppeln. Der
Sprühkörper 27 weist einen Eingangsstutzen 31 auf, der mit
einem Außengewinde versehen ist, mit dem eine Überwurfmutter
32 verschraubt ist, die mit der Gemischführungsleitung 28
gekoppelt ist. Der Sprühkörper 27 ist konzentrisch mit der
Wandung 37 (Fig. 3) des Abgassystems 23 stromaufwärts des
Katalysators 26 verbunden. Die Gemischführungsleitung 28
steht über eine Ausströmöffnung 41 mit einem Verteilerkanal
42 in Strömungsverbindung. Der Verteilerkanal 42 verläuft in
dem Sprühkörper 27, der zumindest teilweise als Ring
ausgebildet ist. Ist der Sprühkörper 27 vollständig als Ring
ausgebildet, so verläuft der Verteilerkanal 42 innerhalb des
Sprühkörpers als umlaufender Ringkanal, von dem in
gleichmäßigen Abständen zueinander Sprühkanäle 43 ausgehen,
die in radial er Richtung verlaufen und an einer Innenwandung
46 münden. Die Innenwandung 46 des Sprühkörpers 27 fluchtet
mit einer Innenwandung 47 der Wandung 37 des Abgassystems
23, so daß das aus den Sprühkanälen 43 austretende Gemisch
gleichmäßig verteilt in das in Abgasströmungsrichtung 48
strömende Abgas eintreten kann. Um eine gleichmäßige
Verteilung des Gemisches im Verteilerkanal 42 auf die
einzelnen Sprühkanäle 43 zu erzielen, ist es zweckmäßig, die
Querschnitte der der Ausströmöffnung 41 der
Gemischführungsleitung 28 am nächsten liegenden Sprühkanäle
43 kleiner zu machen, als die Querschnitte der von der
Ausströmöffnung 41 weiter entfernten Sprühkanäle 43. Dabei
ist es weiterhin zweckmäßig, keinen der Sprühkanäle 43 in
eine Projektion der Ausströmöffnung 41, also fluchtend zur
Ausströmöffnung 41, zu legen, sondern in Umfangsrichtung des
Verteilerkanals 42 mit Abstand zur Projektion der
Ausströmöffnung 41, damit das Gemisch im Verteilerkanal 42
in beide umlaufende Richtungen gleichmäßig auf die
Sprühkanäle 43 verteilt wird. Um zu verhindern, daß sich
unmittelbar an der kreisförmigen Innenwandung 46 des
Sprühkörpers 27 Ablagerungen des Reduktionsmittels bilden,
ist es zweckmäßig, unmittelbar stromaufwärts vor jedem
Sprühkanal 43 ein Leitelement 51 anzuordnen, das, wie auch
in Fig. 3 dargestellt ist, aus der Innenwandung 46 des
Sprühkörpers 27 heraus in das Innere des Sprühkörpers ragt,
so daß das aus den Sprühkanälen 43 austretende Gemisch
zunächst im Windschatten des Leitelementes 51 radial
austreten kann, bis es dann in die Abgasströmung 48 gelangt.
Als Leitelement 51 können einzelne, sich nur im Bereich
unmittelbar stromaufwärts jedes Sprühkanals 43 segmentförmig
in Umfangsrichtung erstreckende Erhebungen dienen, das
Leitelement 51 kann jedoch auch als eine umlaufende Erhebung
ausgebildet sein, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt
ist. Wie auch die einzelnen Leitelemente, so kann auch das
in den Fig. 2 und 3 als umlaufender Ring dargestellte
Leitelement 51 mit einer sich in Abgasströmungsrichtung 48
konisch nach innen geneigten Leitwand 52 ausgebildet sein.
Der Sprühkörper 27 kann beispielsweise aus einem ersten
Teilring 54 und einem zweiten Teilring 55 zusammengesetzt
sein, deren eine in radialer Richtung verlaufende Seitenwand
jeweils so gestuft ausgebildet ist, daß der erste Teilring
54 und der zweite Teilring 55 an diesen gestuften
Seitenflächen aneinander passend zur Bildung des
Sprühkörpers 27 und beispielsweise mittels einer im
Berührungsbereich am Umfang vollständig umlaufenden
Schweißnaht 58 dicht zusammengefügt werden können. Dabei
kann beispielsweise in einer Stufe 59 des zweiten Teilrings
55 der zum Umfang der Stufe 59 hin offene Verteilerkanal 42
ausgebildet sein, der im zusammengefügten Zustand vom ersten
Teilring 54 abgedeckt wird und von dem ausgehend ebenfalls
im zweiten Teilring 55 die Sprühkanäle 43 ausgebildet sind.
Die Befestigung des Sprühkörpers 27 am Abgassystem 23 kann
mittels Schweißnähten 60 erfolgen, die jeweils umlaufend die
Wandung 37 des Abgassystems 23 mit dem Sprühkörper 27
verbinden. In nicht dargestellter Weise kann jedoch auch die
Verbindung von dem ersten Teilring 54 mit dem zweiten
Teilring 55 des Sprühkörpers 27 sowie die Verbindung des
Sprühkörpers 27 mit der Wandung 37 des Abgassystems 23 durch
eine Schraubverbindung erfolgen.
Claims (7)
1. Gemischabgabevorrichtung zur Einführung wenigstens eines
Reduktionsmittels in ein Abgassystem einer
Brennkraftmaschine, mit einer ein Gemisch aus Gas und
wenigstens dem einen Reduktionsmittel zum Abgassystem
führenden und an einem an dem Abgassystem angeordneten
Sprühkörper endenden Gemischführungsleitung, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sprühkörper (27) zumindest teilweise
als Ring ausgebildet ist, der eine kreisförmige Innenwandung
(46) hat, an der Sprühkanäle (43) münden und das das
Abgassystem (23) durchströmende Abgas vorbeiströmt, wobei
die Sprühkanäle (43) über einen im Sprühkörper (27)
ausgebildeten Verteilerkanal (42) mit der
Gemischführungsleitung (28) verbunden sind.
2. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sprühkörper (27) als geschlossener
Ring und der Verteilerkanal (42) im Sprühkörper (27)
vollständig über 360° umlaufend ausgebildet ist.
3. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sprühkanäle (43) in Umfangsrichtung
des Verteilerkanals (42) zueinander gleiche Abstände haben.
4. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gemischführungsleitung (28) mit
einer Ausströmöffnung (41) in den Verteilerkanal (42) mündet
und die Querschnitte der der Ausströmöffnung (41) am
nächsten liegenden Sprühkanäle (43) kleiner sind, als die
Querschnitte der von der Ausströmöffnung (41) weiter
entfernten Sprühkanäle (43).
5. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sprühkanäle (43) in Umfangsrichtung
des Verteilerkanals (42) mit Abstand zu einer Projektion der
Ausströmöffnung (41) der Gemischführungsleitung (28) in dem
Verteilerkanal (42) liegen.
6. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß unmittelbar stromaufwärts vor jedem
Sprühkanal (43) ein Leitelement (51) angeordnet ist, das aus
der Innenwandung (46) des Sprühkörpers (27) ragt.
7. Gemischabgabevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Leitelement (51) als umlaufender
Ring mit einer in Abgasströmungsrichtung (48) konisch nach
innen geneigten Leitwand (52) ausgebildet ist.
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