EP3368753A1 - Fluideinspritzsystem - Google Patents
FluideinspritzsystemInfo
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- EP3368753A1 EP3368753A1 EP16787902.2A EP16787902A EP3368753A1 EP 3368753 A1 EP3368753 A1 EP 3368753A1 EP 16787902 A EP16787902 A EP 16787902A EP 3368753 A1 EP3368753 A1 EP 3368753A1
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- fluid injection
- line
- injection
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- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
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- F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions
- the invention relates to a fluid injection system with a line section in which an injection device is arranged, one of which downstream evaporator is associated with the below a catalyst in which a injected from the injector fluid with the exhaust gas enters into a catalytic reaction.
- a line section arranged upstream of an evaporator device is provided with an injection device, via which the additive is injected into the exhaust gas flow.
- the efficiency of ⁇ From gas aftertreatment is determined among other things, on the type of injection of additive into the exhaust stream.
- the additive is injected at an angle to the longitudinal axis of the line section. Good mixing of the additive with the exhaust stream is required to achieve good droplet distribution at the evaporator device. Nevertheless, it has been shown that there is an inhomogeneous droplet distribution at the evaporator device.
- Object of the present invention is therefore to provide a fluid injection system, which leads to a very homogeneous droplet distribution based on the Kausguer Songs on the evaporator device.
- the object is achieved in that at least one further Einspritzvor ⁇ direction is arranged in egg ⁇ nem line section.
- the arrangement of at least one further injection device makes it possible to produce an improved droplet distribution of the injected additive over the entire cross section of the line section, since each injection device only has to produce a uniform droplet distribution for one sector of the cross section. Due to the uniform droplet distribution in the individual sectors through the respective injection devices, a homogeneous droplet distribution results over the entire line cross section.
- a very good homogeneous droplet distribution over the line cross-section is already achieved in that two injection devices are arranged in the line section.
- two injection devices are arranged in the line section.
- the formation of a homogeneous droplet distribution over the entire cross section is achieved according to a further advantageous embodiment in that the injection devices are arranged symmetrically on the circumference of the line section.
- the injection devices are arranged in the flow direction at the same height. This has the advantage that the line elements, which make up the line section are the same structure.
- a homogeneous droplet distribution across the wire cross-section can be achieved in that at least one injection device disposed downstream of at least one further ⁇ injection device according to another advantageous embodiment.
- the offset in the flow direction injectors can be arranged symmetrically distributed on the circumference of the line section.
- An offset in the flow direction arrangement of the injectors is also advantageous if the space surrounding the line section space is limited such that the arrangement of the injectors at the same level, based on the flow direction, is not possible.
- the available space can be used particularly effectively when the injectors are arranged asymmetrically, for example, distributed at a distance of 90 ° to the circumference of the line section.
- the From ⁇ stand of the injectors in the direction of flow between 0.1 to 1.5 times the diameter of the conduction portion preferably 0.2- to 1.0-fold of the weight, through ⁇ diameter of the pipe section and in particular from 0.4 to 0.8-fold the diameter of the pipe section.
- the injection devices are arranged at the same angle to the longitudinal axis of the line section.
- Drop distribution is achieved in that at least one injection device is arranged at a different angle to the longitudinal axis of the line section than another injection device.
- a homogeneous droplet distribution can be achieved in that at least one injection device produces a different spray pattern as the to ⁇ least one other injector.
- the invention is tert erläu ⁇ tert. It show in
- FIG. 1 shows a fluid injection device according to the invention
- FIG. 2, 2a shows a section through the fluid injection device according to FIG. 1;
- 1 shows an exhaust gas treatment unit in a motor vehicle having a conduit portion 1 a thereof stream ⁇ arranged downstream evaporator means 2, of a catalyst is subsequently assigned.
- 3 The line section 1 is substantially tubular.
- Two symmetrically arranged on its circumference formations 4 serve to receive one injection device 5, via which a urea solution is injected into a flowing in the direction of the arrow exhaust stream.
- the urea solution is the injection devices 5 via leads 6 of a non-illustrated
- Feed unit supplied from an additive container From the deformations ⁇ 4 are adapted to the exhaust stream and the supply of the urea solution in terms of quantity and direction.
- the line section 1 consists of two line elements 7, 7 which are interconnected.
- Figure 2 shows a section through the line section 1 with the formations 4.
- the injection devices are not shown, only the sprayed beams 8, 8 ⁇ are shown.
- the injection devices 5 are so as commercial ⁇ det, that a beam 8 as a core beam and a beam 8 ⁇ is formed as the core jet surrounding the cladding beam.
- both beams 8, 8 ⁇ formed so that CKEN abde- in the sum of the entire cross section of the pipe section 1, whereby an optimal supply of the urea solution takes place in the exhaust stream.
- the pipe section 1 in Figure 3 consists of three line ⁇ elements 7, 7 7, ⁇ , each with an injector 5.
- the line elements 7, 7 7, ⁇ are formed so that the injectors 5 symmetrically distributed on the circumference of the line portion.
- the injection devices 5 are formed with respect to the jet injection into the line section so that each beam 8, 8 8 , ⁇ in approximately has an elliptical cross-section. Except for a central area 9 ⁇ eral the beams 8, 8 8 cover, ⁇ from the entire cross section of the line portion. 1
- the central area 9, which is not covered with respect to the direct injection, is not critical, since the exhaust gas flow distributes the beams 8, 8, 8 , ⁇ , so that the urea solution spreads over the entire cross section and thus also into the central area 9 distributed.
- the line section 1 is composed of two line elements 7, 7 ⁇ , wherein in each line element 7, 7 ⁇ each two injection devices 5 are arranged.
- the fluid injection system in figure 5 has two injectors 5 in the pipe section 1, these being arranged in Strö ⁇ flow direction one behind the other and in the circumferential direction at the same height.
- the distance of the injectors 5 in the flow direction is 1.5 times the diameter of the line section. 1
- the injectors 5 are also arranged in the flow direction one behind the other. At the same time, the injectors 5 are arranged in the circumferential direction at a distance of 180 °. The distance of the Einspritzvor ⁇ directions 5 in the flow direction is 0.5 times the diameter of the line section. 1
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Fluideinspritzsystem mit einem Leitungsabschnitt 1, in dem eine Einspritzvorrichtung 5 angeordnet ist, einer davon stromabwärts angeordneten Verdampfereinrichtung, der nachfolgend ein Katalysator 3 zugeordnet ist, in dem ein von der Einspritzvorrichtung 5 eingespritztes Fluid mit dem Abgas eine katalytische Reaktion eingeht. In dem Leitungsabschnitt 1 ist zumindest eine weitere Einspritzvorrichtung 5 angeordnet.
Description
Beschreibung
Fluideinsprit zSystem
Gegenstand der Erfindung ist ein Fluideinspritzsystem mit einem Leitungsabschnitt, in dem eine Einspritzvorrichtung angeordnet ist, einer davon stromabwärts angeordneten Verdampfereinrichtung der nachfolgend ein Katalysator zugeordnet ist, in dem ein von der Einspritzvorrichtung eingespritztes Fluid mit dem Abgas eine katalytische Reaktion eingeht.
Es ist bekannt, zur Abgasnachbehandlung in das Abgas ein Additiv einzuspritzen, um unerwünschte Bestandteile des Abgases zu minimieren oder umzuwandeln. Hierzu ist ein stromaufwärts einer Verdampfereinrichtung angeordneter Leitungsabschnitt mit einer Einspritzvorrichtung versehen, über die das Additiv in den Abgasstrom eingespritzt wird. Der Wirkungsgrad der Ab¬ gasnachbehandlung wird dabei unter anderem von der Art der Einspritzung des Additivs in den Abgasstrom bestimmt. Um eine gute Vermischung des eingespritzten Additivs mit dem Abgas zu erreichen, wird das additiv in einem Winkel zur Längsachse des Leitungsabschnitts eingespritzt. Eine gute Vermischung des Additivs mit dem Abgasstrom ist erforderlich, um eine gute Tropfenverteilung an der Verdampfereinrichtung zu erreichen. Dennoch hat sich gezeigt, dass es zu einer inhomogenen Tropfenverteilung an der Verdampfereinrichtung kommt. Infolge der inhomogenen Tropfenverteilung ergeben sich örtlich Kühlungen in der Verdampfereinrichtung, was die Ausbildung von Ablagerungen in der Verdampfereinrichtung fördert. Dies führt zu einer verminderten Verdampferleistung des Additivs und somit zu einer verschlechterten Abgasnachbehandlung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Fluideinspritzsystem zu schaffen, welches zu einer möglichst homogenen Tropfenverteilung bezogen auf den Leitungsguerschnitt an der Verdampfereinrichtung führt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in ei¬ nem Leitungsabschnitt zumindest eine weitere Einspritzvor¬ richtung angeordnet ist . Die Anordnung zumindest einer weiteren Einspritzvorrichtung ermöglicht die Erzeugung einer verbesserten Tropfenverteilung des eingespritzten Additivs über den gesamten Querschnitt des Leitungsabschnitts, da jeder Einspritzvorrichtung nur noch für einen Sektor des Querschnitts eine gleichmäßige Tropfen- Verteilung erzeugen muss. Durch die gleichmäßige Tropfenverteilung in den einzelnen Sektoren durch die jeweiligen Einspritzvorrichtungen, ergibt sich einer homogene Tropfenverteilung über den gesamten Leitungsguerschnitt . In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bereits eine sehr gute homogene Tropfenverteilung über den Leitungsguerschnitt dadurch erreicht, dass zwei Einspritzvorrichtungen im Leitungsabschnitt angeordnet sind. Je nach Größe der Abgasnachbehandlungseinheit und der damit vorgegebenen Leitungsguerschnitte hat es sich als vorteilhaft erwiesen, maximal vier Einspritzvorrichtungen in dem Leitungsabschnitt anzuordnen. Die Ausbildung einer homogenen Tropfenverteilung über den gesamten Querschnitt, wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dadurch erreicht, dass die Einspritzvorrichtungen symmetrisch am Umfang des Leitungsabschnitts angeordnet sind .
Für die Ausbildung einer homogenen Tropfenverteilung ist es erforderlich, dass das die Einspritzvorrichtungen zueinander ausgerichtet sind. Eine fehlerfreie Ausrichtung der Ein¬ spritzvorrichtungen zueinander wird in einer weiteren Ausges- taltung dadurch erreicht, dass der Leitungsabschnitt aus meh¬ reren Leitungselementen besteht, wobei in jedem Leitungselement eine Einspritzvorrichtung angeordnet ist. Diese Ausges-
taltung ermöglicht die separate Befestigung und Ausrichtung jeder einzelnen Einspritzvorrichtung an dem ihr zugeordneten Leitungselement. Der fertige Leitungsabschnitt wird anschlie¬ ßend durch die Montage der einzelnen Leitungselemente er¬ zeugt .
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Einspritzvorrichtungen in Strömungsrichtung auf gleicher Höhe angeordnet . Das hat den Vorteil, dass die Leitungselemente, aus denen sich der Leitungsabschnitt zusammensetzt, gleich aufgebaut sind.
In Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen des Abgases und/oder der Gestaltung des Leitungsabschnitts kann es vorkommen, dass eine homogene Tropfenverteilung durch das Zusammenführen der Sprühbilder der einzelnen Einspritzvorrichtungen nicht erreicht wird. In diesen Fällen lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eine homogene Tropfenverteilung über den Leitungsquerschnitt dadurch erreichen, dass zumindest eine Einspritzvorrichtung stromabwärts zumin¬ dest einer weiteren Einspritzvorrichtung angeordnet ist. Auch bei dieser Ausgestaltung können die in Strömungsrichtung versetzt angeordneten Einspritzvorrichtungen symmetrisch am Umfang des Leitungsabschnitts verteilt angeordnet sein.
Eine in Strömungsrichtung versetzte Anordnung der Einspritzvorrichtungen ist auch dann von Vorteil, wenn der den Leitungsabschnitt umgebene Bauraum derart begrenzt ist, dass die Anordnung der Einspritzvorrichtungen auf gleicher Höhe, bezogen auf die Strömungsrichtung, nicht möglich ist . Der vorhandene Bauraum lässt dabei besonders effektiv nutzen, wenn die Einspritzvorrichtungen unsymmetrisch, beispielsweise in einem Abstand von 90° am Umfang des Leitungsabschnitts verteilt, angeordnet sind.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Ab¬ stand der Einspritzvorrichtungen in Strömungsrichtung zwischen dem 0,1- bis 1,5-fachem des Durchmessers des Leitungs-
abschnitts, vorzugsweise dem 0,2- bis 1,0-fachem des Durch¬ messers des Leitungsabschnitts und insbesondere dem 0,4- bis 0,8-fachem des Durchmessers des Leitungsabschnitts beträgt. In einer besonders einfachen vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einspritzvorrichtungen im gleichen Winkel zur Längsachse des Leitungsabschnitts angeordnet.
Ein besonders einfaches Anpassen der einzelnen Sprühbilder der Einspritzvorrichtungen zur Erreichung einer homogenen
Tropfenverteilung wird dadurch erreicht, dass zumindest einer Einspritzvorrichtung in einem anderen Winkel zur Längsachse des Leitungsabschnitts als eine andere Einspritzvorrichtung angeordnet ist.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung lässt sich eine homogene Tropfenverteilung dadurch erreichen, dass zumindest eine Einspritzvorrichtung ein anderes Sprühbild als die zu¬ mindest einer andere Einspritzvorrichtung erzeugt.
Durch diese Ausgestaltungen lässt sich einer homogenen Tropfenverteilung im Leitungsguerschnitt für unterschiedlichste Leitungen und Strömungsbedingungen des Abgases erreichen. An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläu¬ tert. Es zeigen in
Figur 1 eine erfindungsgemäße Fluideinspritzvorrich- tung;
Figur 2, 2a einen Schnitt durch die Fluideinspritzvorrich- tung nach Fig. 1; weitere Anordnungen der Einspritzvorrichtun gen .
Figur 1 zeigt eine Abgasnachbehandlungseinheit in einem Kraftfahrzeug mit einem Leitungsabschnitt 1 eine davon strom¬ abwärts angeordneten Verdampfereinrichtung 2, der nachfolgend ein Katalysator 3 zugeordnet ist. Der Leitungsabschnitt 1 ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet . Zwei an seinem Umfang symmetrisch angeordnete Ausformungen 4 dienen zur Aufnahme je einer Einspritzvorrichtung 5, über die eine Harnstofflösung in einen in Pfeilrichtung strömenden Abgasstrom eingespritzt wird. Hierzu wird die Harnstofflösung den Einspritzvorrich- tungen 5 über Zuleitungen 6 von einer nicht dargestellten
Fördereinheit aus einem Additivbehälter zugeführt. Die Aus¬ formungen 4 sind an den Abgasstrom und die Zufuhr der Harnstofflösung hinsichtlich Menge und Richtung angepasst. Der Leitungsabschnitt 1 besteht aus zwei Leitungselementen 7, 7 die miteinander verbunden sind.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Leitungsabschnitt 1 mit den Ausformungen 4. Die Einspritzvorrichtungen sind nicht dargestellt, lediglich die eingesprühten Strahlen 8, 8λ sind gezeigt. Die Einspritzvorrichtungen 5 sind dabei so ausgebil¬ det, dass ein Strahl 8 als Kernstrahl und ein Strahl 8λ als den Kernstrahl umgebenden Mantelstrahl ausgebildet ist. Damit sind beide Strahlen 8, 8 λ so ausgebildet, dass sich in der Summe den gesamten Querschnitt des Leitungsabschnitts 1 abde- cken, wodurch eine optimale Zuführung der Harnstofflösung in den Abgasstrom erfolgt. Die Vorrichtung nach Figur 2a unterscheidet sich lediglich dadurch, dass beide Strahlen 8, 8 λ in unterschiedlichen Winkeln von ß=15° und a=20° zur Längsachse des Leitungsabschnitts 1 eingespritzt werden.
Der Leitungsabschnitt 1 in Figur 3 besteht aus drei Leitungs¬ elementen 7, 7 7, λ, mit je einer Einspritzvorrichtung 5. Die Leitungselemente 7, 7 7, λ sind so ausgebildet, dass sich die Einspritzvorrichtungen 5 symmetrisch am Umfang des Leitungsabschnitts 1 verteilen. Die Einspritzvorrichtungen 5 sind hinsichtlich der Strahleindüsung in den Leitungsabschnitt so ausgebildet, dass jeder Strahl 8, 8 8, λ in etwa
einen elliptischen Querschnitt aufweist. Bis auf einen zent¬ ralen Bereich 9 decken die Strahlen 8, 8 8, λ den gesamten Querschnitt des Leitungsabschnitts 1 ab. Der bezogen auf die direkte Eindüsung nicht abgedeckte zentrale Bereich 9 ist da- bei unkritisch, da durch den Abgasstrom eine Verteilung der Strahlen 8, 8 8, λ erfolgt, so dass sich die Harnstofflösung über den gesamten Querschnitt und damit auch in den zentralen Bereich 9 verteilt .
Eine Anordnung von vier Einspritzvorrichtungen 5 ist in Figur 4 dargestellt. Der Leitungsabschnitt 1 setzt sich aus zwei Leitungselementen 7, 7λ zusammen, wobei in jedem Leitungselement 7, 7λ jeweils zwei Einspritzvorrichtungen 5 angeordnet sind .
Das Fluideinspritzsystem in Figur 5 besitzt zwei Einspritzvorrichtungen 5 im Leitungsabschnitt 1, wobei diese in Strö¬ mungsrichtung hintereinander und in Umfangrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sind. Der Abstand der Einspritzvorrichtungen 5 in Strömungsrichtung beträgt das 1,5-fache des Durchmessers des Leitungsabschnitts 1.
In Figur 6 sind die Einspritzvorrichtungen 5 ebenfalls in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet . Gleichzeitig sind die Einspritzvorrichtungen 5 in Umfangrichtung mit einem Abstand von 180° angeordnet. Der Abstand der Einspritzvor¬ richtungen 5 in Strömungsrichtung beträgt das 0,5-fache des Durchmessers des Leitungsabschnitts 1.
Claims
Patentansprüche
Fluideinspritzsystem mit einem Leitungsabschnitt, in dem eine Einspritzvorrichtung angeordnet ist, einer davon stromabwärts angeordneten Verdampfereinrichtung, der nachfolgend ein Katalysator zugeordnet ist, in dem ein von der Einspritzvorrichtung eingespritztes Fluid mit dem Abgas eine katalytische Reaktion eingeht, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in dem Lei¬ tungsabschnitt (1) zumindest eine weitere Einspritzvor¬ richtung (5) angeordnet ist.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass maximal vier Einsprit Vorrichtungen (5) in dem Leitungsabschnitt (1) angeord net sind.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einspritzvorrichtungen (5) symmet¬ risch am Umfang des Leitungsabschnitts (1) angeordnet sind .
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Leitungsabschnitt (1) aus mehreren Leitungselementen (7, 7 7, λ) besteht, wobei in jedem Leitungselement (7, 7 7, λ) eine Einspritzvorrichtung (5) angeordnet ist.
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einspritzvorrichtungen (5) in Strömungsrichtung auf gleicher Höhe angeordnet sind.
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine Einspritzvorrich-
tung (5) stromabwärts zumindest einer weiteren Ein- sprit zvorrichtung (5) angeordnet ist.
Fluideinspritzsystem nach Anspruch 6, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Abstand der Einspritz¬ vorrichtungen (5) in Strömungsrichtung zwischen dem 0,1- bis 1,5-fachem des Durchmessers des Leitungsabschnitts (1), vorzugsweise dem 0,2- bis 1,0-fachem des Durchmes¬ sers des Leitungsabschnitts (1) und insbesondere dem 0,4- bis 0,8-fachem des Durchmessers des Leitungsab¬ schnitts (1) beträgt.
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einspritzvorrichtungen (5) im gleichen Winkel zur Längsachse des Leitungsabschnitts (1) ange¬ ordnet sind.
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine Einspritzvorrich¬ tung (5) in einem anderen Winkel zur Längsachse des Lei¬ tungsabschnitts (1) als eine andere Einspritzvorrichtung (5) angeordnet ist.
Fluideinspritzsystem nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine Einspritzvorrichtung (5) ein anderes Sprühbild als die zumindest einer andere Einspritzvorrichtung (5) erzeugt.
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