DE202008001022U1 - Vorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzstoffes in den Abgasstrom eines Dieselmotors - Google Patents

Vorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzstoffes in den Abgasstrom eines Dieselmotors Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzstoffs (Z) in den Abgasstrom (A) eines Dieselmotors, umfassend
– ein Abgas (A) führendes Rohr (1, 2),
– eine Einspritzdüse (10)
– und eine Mischvorrichtung (20),
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) ist zweiteilig,
– zwischen den beiden Rohrteilen (1, 2) besteht ein Schiebesitz (3),
– für die Einspritzdüse (10) ist ein seitlicher, gegen den Abgasstrom (A) abgewinkelter Düsenstutzen (6) angeformt,
– zur Aufnahme der Einspritzdüse (20) ist ein Düsenflansch (11) vorgesehen,
– zwischen Düsenflansch (11) und Düsenstutzen (6) besteht ein Schiebesitz (13),
– stromaufwärts der Einspritzdüse (10) ist in das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) eine Wirbel bildende Schikane (5) eingeformt,
– eine Schale (4) umgibt das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) unter Einhaltung eines Luftspaltes,
– Schale (4) und Düsenflansch (11) sind im Bereich...

Description

  • Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Eindüsen eines Zusatzstoffs in den Abgasstrom eines Dieselmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Zur Beseitigung von Stickoxiden aus den Abgasen von Dieselmotoren werden sogenannte SCR-Reaktoren verwendet. Diese benötigen zur Durchführung der Reinigungsfunktion Ammoniak. Zu diesem Zweck wird dem Abgas stromaufwärts des Reaktors Harnstoff zugegeben, vorzugsweise in Form einer wässrigen Harnstofflösung.
  • Um eine gute Vermischung von Abgas und Harnstoff zu ermöglichen, muss eine ausreichend lange Mischstrecke vorgesehen werden. Um den Platz- und Materialaufwand für die Mischstrecke möglichst gering zu halten, werden in die Mischstrecke Bauteile eingesetzt, die für eine Verwirbelung des Gasgemischs sorgen sollen. Hierfür werden in vielen Fällen statische Mischer, insbesondere in Form von sogenannten Flügelmischern, eingesetzt.
  • Es versteht sich, dass die Vermischung von Abgas und wässriger Harnstofflösung beschleunigt wird, wenn die Abgase und Mischer eine möglichst hohe Temperatur haben, damit das Lösungswasser möglichst schnell und gleichmäßig verdampft. Auf der anderen Seite ist zu beachten, dass die Einspritzdüse und insbesondere die der Einspritzdüse zugeordnete Steuermechanik und -elektronik nicht überhitzt und dadurch beschädigt werden.
  • Schließlich muss der Konstrukteur noch darauf achten, dass die von den heißen pulsierenden Abgasen einerseits und die durch den Betrieb der Zerstäuberdüse andererseits erzeugten Störgeräusche möglichst wenig nach außen abgestrahlt werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die die aufgezeigten Bedingungen optimal erfüllt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Dank der zweiteiligen Ausführung des Abgas führenden Rohrs, wobei zwischen den beiden Rohrteilen ein Schiebesitz eingefügt ist, sind thermische Dehnungen dieser Komponente problemlos auszugleichen. Durch die Anordnung der Einspritzdüse in einem seitlichen Düsenstutzen, der gegen den Abgasstrom abgewinkelt ist, wird einerseits eine direkte Übertragung der in den Abgasen steckenden Wärme auf die Düse vermieden, ohne dass dadurch die möglichst gleichmäßige Injizierung des Zusatzstoffs in das Abgas gestört wird. Durch die Anordnung eines Schiebesitzes zwischen Düsenflansch und Düsenstutzen wird auch eine direkte Wärmeübertragung vom Abgas führenden Rohr auf die Einspritzdüse verhindert. Die Anordnung einer Schikane stromaufwärts der Einspritzdüse sorgt für eine wirksame Verwirbelung der Abgase, was wiederum verantwortlich ist für eine schnelle und gleichmäßige Verteilung des eingedüsten Zusatzstoffs in den Abgasen.
  • Für den Zusammenhalt aller Komponenten sorgt die vorzugsweise zweiteilige Außenschale, die lediglich mit dem Düsenflansch im Bereich des Düsenstutzens verschweißt ist, im übrigen aber vorteilhafterweise nur formschlüssige Verbindungen mit dem Abgas führenden Rohr eingeht.
  • Dank des zwischen Abgas führendem Rohr und Außenschale eingehaltenen Luftspaltes wird eine wirksame thermische Isolierung erreicht, die die in den Abgasen enthaltene Wärme am Entwichen hindert und dadurch gleichzeitig die thermische Belastung der die Abgasleitung umgebenden Komponenten des Motorraums klein hält. Gleichzeitig ist jedoch dafür gesorgt, dass kein direkter Wärmeübergang von den Abgasen oder vom Abgas führenden Rohr auf die Einspritzdüse und deren Komponenten erfolgt. Dadurch ist es möglich, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der Einspritzdüse eine Steuerung zuzuordnen, die ein Gehäuse aus Kunststoff besitzt.
  • Außerdem sorgt die Außenschale für eine wirksame Reduzierung der Schallabstrahlung.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Außenschale zweiteilig, was die Herstellung der Außenschale einerseits und deren Montage andererseits wesentlich vereinfacht.
  • Das Abgas führende Rohr selbst ist vorteilhafterweise ein IHU-Teil. Dadurch ist es möglich, diesem Rohr auch komplizierte und hinterschnittene Konturen zu verleihen, insbesondere zur Bildung der erfindungsgemäßen Wirbel bildenden Schikane.
  • Als Mischer eignet sich vorteilhafterweise ein Flügelmischer, der stromabwärts der Einspritzdüse in das Abgas führende Rohr eingesetzt ist.
  • Anhand der beigefügten Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Die Figur zeigt rein schematisch und als Längsschnitt eine Vorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzstoffs Z in den Abgasstrom A eines Dieselmotors.
  • Vorgesehen ist ein zweiteiliges, das Abgas A führendes Rohr 1, 2, wobei zwischen den beiden Rohrteilen 1, 2 ein Schiebesitz 3 vorgesehen ist. Der Schiebesitz 3 ermöglicht den Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen der Rohrteile 1, 2. Außerdem kann er etwaige Fertigungstoleranzen ausgleichen.
  • Das Abgas führende Rohr 1, 2 besitzt einen seitlichen, gegen den Abgasstrom A abgewinkelten Düsenstutzen 6. In diesen Düsenstutzen 6 ist eine Einspritzdüse 10 eingesetzt, die einen Zusatzstoff Z, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, in den Abgasstrom A eindüst. Für den korrekten Betrieb der Einspritzdüse 10 ist eine Steuerung 12 verantwortlich, die die erforderlichen Anschlüsse für den Zusatzstoff Z und die elektronischen Steuerkabel (nicht dargestellt) besitzt. Da die Steuerung 12 temperaturempfindliche elektronische und mechanische Bauteile sowie beispielsweise ein Kunststoffgehäuse besitzt, muss Sorge getragen werden, dass die Steuerung 12 nicht überhitzt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Einspritzdüse 10 in einem Düsenflansch 11 sitzt und dass zu dem heißen, das Abgas A führenden Rohr 1, 2 nur ein Schiebesitz 13 vorgesehen ist.
  • Zusammengehalten werden das Abgas führende Rohr 1, 2 und die Einspritzdüse 10 bzw. deren Düsenflansch 11 durch eine Außenschale 4. Diese ist lediglich mit dem Düsenflansch 11 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 7 verschweißt; ansonsten sind alle Verbindungen formschlüssig ausgeführt; wobei soweit möglich ein allseitiger Luftspalt eingehalten wird.
  • Wie die Figur zeigt, ist in das Abgas A führende Rohr 1, 2 stromaufwärts der Einspritzdüse eine Schikane 5 eingeformt, die dafür sorgt, dass die laminar einströmenden Abgase A kräftig verwirbelt werden, so dass der über die Einspritzdüse 10 eingedüste Zusatzstoff Z möglichst schnell und vollständig verwirbelt und verteilt wird. Demselben Zweck dient auch der stromabwärts der Einspritzdüse 10 in das Abgas A führende Rohr 1, 2 eingesetzte Mischer 20, hier in Form eines Flügelmischers. Da der Mischer 20 auf die Temperatur der Abgase aufgeheizt ist, werden etwaige Flüssigkeitströpfchen, die sich auf seinen Flügeln ablagern, sehr schnell verdampft, was zu einer weiteren Verkürzung der Mischstrecke bis zum SCR-Reaktor (nicht dargestellt) sorgt.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Eindüsen eines Zusatzstoffs (Z) in den Abgasstrom (A) eines Dieselmotors, umfassend – ein Abgas (A) führendes Rohr (1, 2), – eine Einspritzdüse (10) – und eine Mischvorrichtung (20), gekennzeichnet durch die Merkmale: – das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) ist zweiteilig, – zwischen den beiden Rohrteilen (1, 2) besteht ein Schiebesitz (3), – für die Einspritzdüse (10) ist ein seitlicher, gegen den Abgasstrom (A) abgewinkelter Düsenstutzen (6) angeformt, – zur Aufnahme der Einspritzdüse (20) ist ein Düsenflansch (11) vorgesehen, – zwischen Düsenflansch (11) und Düsenstutzen (6) besteht ein Schiebesitz (13), – stromaufwärts der Einspritzdüse (10) ist in das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) eine Wirbel bildende Schikane (5) eingeformt, – eine Schale (4) umgibt das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) unter Einhaltung eines Luftspaltes, – Schale (4) und Düsenflansch (11) sind im Bereich des Düsenstutzens (6) verschweißt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale: – der Einspritzdüse (10) ist eine Steuerung (12) zugeordnet, – die Steuerung (12) besitzt ein Gehäuse aus Kunststoff.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – Abgas (A) führendes Rohr (1, 2) und Schale (4) sind formschlüssig verbunden.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Mischer (20) ist ein Flügelmischer.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Schale (4) ist zweiteilig.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – das Abgas (A) führende Rohr (1, 2) ist ein IHU-Teil.
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