DE9214001U1

DE9214001U1 - Endrohrinjektor

Info

Publication number: DE9214001U1
Application number: DE9214001U
Authority: DE
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1991-10-17
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2002-10-17

Description

ABGASANLAGE FÜR DIESEL-BRENNKRAFTMASCHINEN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasanlage für Diesel-Brennkraftmaschinen, die einen Partikelfilter und einen Brenner für die thermische Regeneration des Partikelfilters aufweist.

Zur thermischen Regeneration von Partikelfiltern in Abgasanlagen muß die Temperatur in dem Partikelfilter auf etwa 650"C bis 7 00"C erhöht werden, um ein Abbrennen der in dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel (häufig vereinfachend als Rußpartikel bezeichnet) zu erreichen. Dadurch ergeben sich am Austritt der Abgasanlage während der Regenerationsphase ziemlich hohe Temperaturen, die - abhängig von der Abgasrohrlänge zwischen dem Partikelfilter und dem Austrittsende der Abgasanlage - durchaus über 500⁰C liegen können. Obwohl sich die aus dem Austrittsende der Abgasanlage austretenden, heißen Gase dort mit Umgebungsluft mischen, können Gefährdüngen nicht ganz ausgeschlossen werden, insbesondere bei Stillstand des Kraftfahrzeugs, in das die Diesel-Brennkraftmaschine mit ihrer Abgasanlage eingebaut ist, hinsichtlich dicht am Austrittsende der Abgasanlage vorbeigehender Passanten, relativ nahe des Austrittsendes auf dem Boden liegenden Papiers und dergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, die eine erheblich gesenkte Gastemperatur am Austrittsende der Abgasanlage sicherstellt, ohne

daß Leistung und Verbrauch des Dieselmotors signifikant beeinträchtigt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Abgasanlage erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,

daß an einer Stelle der Abgasanlage, die zwischen dem Partikelfilter und dem Austrittsende der Abgasanlage liegt, ein Umgebungsluft-Injektor vorgesehen ist, der eine in ein Zumischrohr mündende Düse aufweist;

daß sich der End-Strömungsquerschnitt der Düse um weniger als 20% von dem Strömungsquerschnitt des zu dem Injektor führenden Abgasrohrs unterscheidet;
und daß der End-Strömungsquerschnitt der Düse eine abgeflachte Gestalt hat.

Injektoren, bei denen ein durch eine verengte Düse strömender Gasstrom Gas bzw. Luft aus der Umgebung in ein Zumischrohr ansaugt, sind an sich bekannt.

Ein Einsatz dieser Injektoren bei Abgasanlagen, insbesondere bei Abgasanlagen für Diesel-Brennkraftmaschinen, die einen Partikelfilter und einen Brenner für die thermische Regeneration des Partikelfilters aufweisen, kam bisher nicht in Betracht, weil eine unakzeptable Erhöhung des Abgasgegendrucks zu befürchten war. Erfindungsgemäß ist der Umgebungsluft-Injektor so gestaltet, daß er höchstens eine minimale Erhöhung des Abgasgegendrucks (und damit praktisch keine Beeinträchtigung der Leistung und des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine) mit sich bringt. Die abgeflachte Gestalt des End-Strömungsquerschnitts der Düse bringt im Vergleich zu einem kreisförmigen End-Strömungsquerschnitt der Düse eine Vergrößerung der Oberfläche des aus der Düse austretenden Gasstrahls mit sich, wodurch ein wirksames Ansaugen von Umgebungsluft erreicht wird.

Es ist bevorzugt, daß der End-Strömungsquerschnitt der Düse im wesentlichen gleich groß wie der Stromungsquerschnitt des zu dem Injektor führenden Abgasrohrs ist oder um 5 bis 20 %, vorzugsweise 10 bis 20 %, kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des zu dem Injektor führenden Abgasrohrs. Die Ausbildung mit verringertem End-Strömungsquerschnitt der Düse führt zu einer erhöhten Strömungsgeschwindigkeit des Abgases am Düsenende und damit zu einer Verstärkung des Injektoreffekts.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben, wobei weitere Ausführungen hierzu weiter unten im Zusammenhang mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gemacht werden.

Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 schematisiert eine Diesel-Brennkraftmaschine mit zugehöriger Abgasanlage;

Fig. 2 im Längsschnitt von der Seite betrachtet einen Umgebungsluft-Injektor der Abgasan

lage von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt des Injektors von Fig. 2 gemäß der Schnittangabe III-III.

Die Abgasanlage 2 der in Fig. 1 gezeichneten Diesel-Brennkraftmaschnine 4 besteht im wesentlichen aus einem an der Brennkraftmaschine 4 befestigten Auspuffkrümmer 6, der die Abgasströme aus den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 4 sammelt, einem ersten Abgasrohrabschnitt 8, der von dem Krümmer 6 zu einem Partikelfilter 10 führt, einem zweiten Abgasrohrabschnitt 12, der von dem Partikelfilter 10 zu einem Schalldämpfer 14 führt, einem dritten Abgasrohrabschnitt 16, der von dem Schalldämpfer 14 zu einem Umgebungsluft-Injektor 18 führt, und einem Abgasrohr-Endabschnitt 20, dessen Ende das Austrittsende der Abgasanlage 2 darstellt.

Dem Partikel filter 10 ist ein Brenner 22 zugeordnet, der zur thermischen Regeneration des Partikelfilters 10 für eine erforderliche Zeitdauer eingeschaltet wird, und zwar je nach Auslegung der Abgasanlage während des Betriebs der Brennkraftmaschine 4 und/oder bei Stillstand der Brennkraftmaschine 4. Der Brenner 22 weist als wesentliche Bauteile eine Brennkammer für Dieselkraftstoff,

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eine elektrische Zündeinrichtung, ein Verbrennungsluftgebläse und eine zugeordnete Pumpe zum Einbringen von Dieselkraftstoff in die Brennkammer auf. Die Brennkraftmaschine 4 mit ihrer Abgasanlage 2 ist in ein Kraftfahrzeug, beispielsweise Omnibus, Lastkraftwagen, Personenkraftwagen, eingebaut.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Partikelfilter 10 so ausgebildet sein kann, daß er zugleich schalldämpfend wirkt. Ferner ist es möglich, daß die Abgasanlage 2 mindestens einen weiteren Schalldämpfer aufweist, insbesondere zwischen der Brennkraftmaschine 4 und dem Partikelfilter 10 und/oder zwischen dem Partikelfilter 10 und dem in Fig. 1 gezeichneten Schalldämpfer 14.

In den Figuren 2 und 3 erkennt man die Gestaltung des Injektors 18 im einzelnen. Das von links zu dem Injektor 18 führende Abgasrohr, konkret der dritte Abgasrohrabschnitt 16 von Fig. 1, hat vor dem Injektor 18 einen kreisrunden Querschnitt und geht dann in eine Düse 24 über. Die Düse 24 hat einen Endquerschnitt 26 in abgeflachter Gestalt (vgl. Fig. 3). Konkret ist beim gezeichneten Ausführungsbeispiel der Endquerschnitt 26 flach-rechteckig mit stark abgerundeten Ecken bzw. im wesentlichen halbkreisförmigen Kurzseiten, wobei die Breite B des Endquerschnitts 26 ein Mehrfaches der Höhe H des Endquerschnitts 26 beträgt. Der Übergang von dem kreisrunden Rohrquerschitt zu dem beschriebenen Endquerschnitt 26 ist in der Seitenansicht der Fig. 2 trichterförmig-verengend nach rechts und in einer Draufsicht trichterförmig-erweiternd nach rechts. Der Endquerschnitt 26 ist im wesentlichen gleich groß wie der Strömungsquerschnitt des Abgasrohrs 16, wobei die Umfangslänge der Düse 24 an

ihrem Ende deutlich größer als die Umfangslänge des Abgasrohrs 12 ist.

Die Düse 24 mündet konzentrisch in ein Zumischrohr 28, das nach rechts weiterführt. Das Zumischrohr 28 hat in dem von der Seite betrachteten Längsschnitt der Fig. 2 eine Gestalt, die sich ausgehend von einem in Fig. 2 linken Eintrittsende 30 gerundet zu einem Bereich 32 mit engstem Querschnitt verjüngt und sich dann fortsetzend als das Endrohr 20 der Abgasanlage 2 diffusorartig erweitert. Das Ende 26 der Düse 24 befindet sich etwas links von dem Bereich 32 engsten Querschnitts des Zumischrohrs 28. Im Querschnitt der Fig. 3 erkennt man, daß das Zumischrohr 28 im Bereich 32 und etwas davor eine abgeflachte Querschnittsgestalt hat derart, daß die "radiale" Breite W des Ringspalts 34 zwischen dem Ende 26 der Düse 24 und dem Zumischrohr 28 ringsum im wesentlichen konstant ist. Auch links von dem Ringspalt 34 ist die Form des Zumischrohrs 28 im wesentlichen der Form der Düse 24 mit Abstand angeglichen. Im Endrohr-Diffusor 20 kann der abgeflachte Querschnitt des Zumischrohrs 28 in einen mehr runden oder quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken übergehen.

Das Zumischrohr 28 ist durch mehrere, umfangsmäßig verteilte, "radiale" Stege 36 an der Düse 24 und damit dem dritten Abgasrohrabschnitt 16 befestigt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Geometrie des gezeichneten Ausführungsbeispiels des Injektors 18 abgewandelt werden kann. Der End-Strömungsquerschnitt 26 der Düse 24 soll jedoch maximal 20% kleiner als der Strömungsquerschnitt des dritten Abgasrohrabschnitts 16 sein, und durch die abgeflachte Gestalt des End-Strömungsquerschnitts 26 der Düse 24 soll eine Vergößerung der Oberfläche

des in das Zumischrohr 28 eintretenden Abgasstrahls im Vergleich zum Innenumfang des dritten Abgasrohrabschnitts 16 erreicht werden.

Bei Versuchen wurde gemessen, daß das aus dem Austrittsende der Abgasanlage 2 austretende Gas aufgrund der Zumischung von (im Vergleich dazu kalter) Umgebungsluft im Injektor 18 eine Temperatur hat, die um 200⁰C bis 300"C unter derjenigen Temperatur liegt, die das Gas während der thermischen Regeneration des Partikelfilters 10 ohne Vorhandensein des Injektors 18 hat. Durch Versuche wurde ferner bestätigt, daß die Leistung und der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 4 durch das Vorhandensein des Injektors 18 praktisch nicht beeinträchtigt werden.

Wenn die Regeneration des Partikelfilters 10 bei laufender Brennkraftmaschine 4 erfolgt, erhöht sich der durch den Injektor 18 strömende Gas-Volumenstrom wegen des mittels des Brennes 22 zusätzlich eingebrachten Heißgases erheblich. Dadurch steigt die Effizienz des Injektors 18, weil die Strömungsgeschwindigkeit des Gases am Düsenende größer ist.

Claims

Schutzansprüche 5

1. Abgasanlage (2) für Diesel-Brennkraftmaschinen (4) , die einen Partikelfilter (10) und einen Brenner (22) für die thermische Regeneration des Partikelfilters (10) aufweist,

dadurch gekennzeichnet,

daß an einer Stelle der Abgasanlage (2) , die zwischen dem Partikel filter (10) und dem Austrittsende der Abgasanlage (2) liegt, ein Umgebungsluft-Injektor (18) vorgesehen ist, der eine in ein Zumischrohr (28) mündende Düse (24) aufweist;

daß sich der End-Strömungsquerschnitt (26) der Düse (24) um weniger als 20% von dem Strömungsquerschnitt des zu dem Injektor (18) führenden Abgasrohrs (16) unterscheidet;

und daß der End-Strömungsquerschnitt (26) der Düse (24) eine abgeflachte Gestalt hat.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumischrohr (28) mindestens im Bereich des End-Strömungsquerschnitts (26) der Düse (24) im Querschnitt eine abgeflachte Gestalt hat.

3. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (34) des Injektors

(18) zwischen dem Düsenende und dem Zumisch-

rohr (28) eine ringsum im wesentlichen gleiche Breite (W) hat.

4. Abgasanlage nach mindestens einem der Ansprüehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der End-Strömungsquerschnitt (26) der Düse (24) im wesentlichen gleich groß wie der Strömungsquerschnitt des zu dem Injektor (18) führenden Abgasrohrs (16) ist.
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5. Abgasanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der End-Strömungsquerschnitt (26) der Düse (24) um 5 bis 20 %, vorzugsweise um 10 bis 20 %, kleiner ist als der Strömungsquerschnitt des zu dem Injektor (18) führenden Abgasrohrs (16).

6. Abgasanlage nach mindestens einem der Ansprüehe 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor (18) im Endbereich der Abgasanlage (2) vorgesehen ist.

7. Abgasanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zumischrohr (28) als Endrohr-Diffusor (20) der Abgasanlage (2) fortgesetzt ist.