SE530642C2 - Behållaranordning anpassad att anordnas i ett avgassystem för en förbränningsmotor - Google Patents

Description

25 30 53Ü B42 strömningsförluster som uppträder i avgaspassagen är främst lokaliserade till de ställen där avgasema leds ut från de spiralfonnade avgaskanalerna och i in i de spiralfonnade avgaskanalerna.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en behållaranordning som har en konstruktion så att den har goda ljuddämpande egenskaper och är foga platskrävan- de samtidigt som den tillhandahåller mycket låga strönmingsförluster för avgaser som strömmar genom behållaranordningen.

De ovan angivna syftet uppnås med den inledningsvis nämnda behållaranordningen som kännetecknas av vad som anges i patentkravets 1 kännetecknande del. Avgaspas- sagen innefattar således en första avgaskanal som är anordnad utvändigt om en rörfor- mad kropp, en andra avgaskanal som anordnad invändigt om den rörformade kroppen och en spiralforrnad avgaskanal som är anpassad att leda avgaser från den första av- gaskanalen till den andra avgaskanalen. Med en sådan fram och återgående avgaspas- sage kan en mycket kompakt behållaranordning tillhandahållas. Avgaspassagen kan här ges en tillräcklig längd för att en god dämpning av lågfrekvent ljud ska erhållas. l en avgaspassage där avgasflödet leds i olika riktningar är det viktigt att undvika höga strömningsmotstând i de områden där avgasströmmen ändrar riktning. Ett högt ström- ningsmotstånd i en avgaspassage av ovan nämnt slag erhålls i regel i ett område där avgaserna leds ut från den spiralformade avgaskanalen och in i den andra avgaskana- len. Avgaserna som lämnar den spiralformade avgaskanalen bildar i regel en virvel innan de leds in i den andra avgaskanalen. I centrum av en sådan virvel bildas normalt ett lokalt undertryck som resulterar i markanta strömningsförluster. Enligt uppfinning- en monteras det första styrelementet i detta område så att det väsentligen upptar den del av ornrådet där det lokala undertrycket normalt skapas då de virvlande avgaserna lärnnar den spiralfonnade avgaskanalen. Bildandet av ett sådant lokalt undertryck i området kan därmed väsentligen helt förhindras. Avgasemas strömningsförluster i om- rådet reduceras därmed markant.

Enligt en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning har det första styrele- mentet en cirkulär omkrets som definierar nämnda bana. Ett sådant styrelement inne- fattar inga kanter eller utskj utande partier som kan tillföra strömningsförluster till av- gaserna då de strömmar längs nämnda bana. Området i centrum av en virvel där ett undertryck råder kan uppskattningsvis ha en väsentligen cirkulär omkrets. Ett motsva- l0 15 20 25 30 530 S42 rande cirkulärt format styrelementet kan därmed fylla ut detta ornråde på ett väsentli- gen optimalt sätt. Med fördel har det första styrelementet åtminstone ett parti med en successivt avtagande omkrets i riktning mot den andra avgaskanalen. Med en så ut- formad utvändig yta hos styrelementet tillhandahålls en successiv vidgning av avgas- passagen i riktning mot den andra avgaskanalen vilket underlättar överforandet av av- gasema från nämnda bana till den andra avgaskanalen. Det första styrelementet kan ha en konisk form. Därmed kan ett väsentligen likformigt överforande av avgaser tillhan- dahållas från väsentligen alla ställen runt nämnda bana till den andra avgaskanalen.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar behållaranord- ningen ett andra styrelement som är anpassat att blockera nämnda bana och förhindra ytterligare strömming av avgaserna längs nämnda bana efter en bestämd sträcka. Ett sådant styrelement kan ha en sträckning tvärs över banan så att inga avgaser kan passe- ra. De kvarvarande avgaserna i banan leds därmed in i den andra avgaskanalen av det andra styrelementet. Med fördel är det andra styrelementet anpassat att förhindra _ strömning av avgaserna längs nämnda bana efter att de cirkulerat cirka ett varv runt det första styrelementet. Därmed förhindras de kvarvarande avgaserna, som redan cirkule- rat ett varv i banan, att träffa avgaserna som leds in i banan. Med ett sådant andra styr- element kan avgaserna strömningsförluster i området reduceras ytterligare.

Enligt en annan föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning är ett tredje styr- element anordnat vid en inloppsöppning hos den spiralformade avgaskanalen för att leda in avgaser i den spiralformade avgaskanalen. I detta område tillhandahåller avga- - serna även strömningsförluster som inte är försumbara. Genom förekomsten av ett lämpligt format styrelement i anslutning till inloppet kan avgaserna ledas in i den spi- ralforrnade avgaskanalen med betydligt reducerade strömningsförluster. Det tredje styrelementet kan innefatta en lämpligt fonnad krökt styryta som leder in avgaser i den spiralforrnade avgaskanalen. Därmed leds avgaserna på ett mjukt sätt in i den spiral- formade avgaskanalen med låga strömningsförluster.

Enligt en annan töredragen utföringsfonn av föreliggande uppfinning har den spiral- formade avgaskanalen en vridningsvinkel av 360° till 540°. En spiralformad avgaska- nal erhåller en betydande längd med en relativt liten vridningsvinkel. En spiralformad avgaskanal med en vridningsvinkel strax över ett varv är många gånger tillräckligt lång för att en god dämpning av lågfiekvent ljud ska kunna tillhandahållas. Den spiralfor- made avgaskanalen och nämnda styrelement kan innefattas i en avtagbar modul enhet hos behållaranordningen. Med en sådan modulenhet kan den spiralfonnade avgaska- 10 15 20 25 30 5313 542 nalen på ett enkelt sätt monteras och demonteras i behållaranordningen. Sådana mo- dulenheter kan tillverkas i olika storlekar och utföranden. Därmed kan modulenheter som innefattar spiralformade avgaskanaler med olika längder och dimensioner anpas- sas till förbränningsmotor av olika typer och storlekar. Företrädesvis innefattar nämnda löstagbara modulenhet en gavelvägg hos höljet. En sådan modulenhet bildar väsentli- gen ett sidolock som är mycket lätt att montera och demontera från en resterande del av behällaranordningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs såsom exempel en föredragen utföringsform av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 visar en behållaranordning enligt föreliggande uppfinning, F ig. 2 visar ett snitt genom behållaranordningen i planet A-A i Fig. l och Pig. 3 visar ett snitt genom behållaranordningen i planet B-B i Fig. 1.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig. 1 visar en behållaranordning som är anpassad att anordnas i ett avgassystem för ett dieseldrivet fordon. Behållaranordning innefattar ett utvändigt hölje 1 som har en vä- sentligen cylindrisk form. Höljet 1 bildar en sluten utvändig yta förutom vid de ställen där ett inlopp 2 och ett utlopp 3 är anordnade för avgaserna. Ett rör 4 med ett cirkulärt tvärsnitt är anordnat inuti höljet 1 så att en central axel 26 genom höljet l och röret 4 sammanfaller. Röret 4 har en längd så att det sträcker sig från en första gavelvägg 5 fram till en modulenhct M som innefattar en andra 6 gavelvägg hos höljet l.

Behållaranordningen innefattar avgasrenande komponenter för att rena avgasema som strömmar genom en avgaspassage som har en sträckning mellan inloppet 2 och utlop- pet 3 í behållaraiiordningen. En första avgasrenande komponent i form av ett partikel- filter 7 är anordnat utvändigt om röret 4. I Fig. 2 visas ett snitt i planet A-A genom partikelfiltret 7. Partikelfiltret 7 har en ringfonnig sträckning runt röret 4. Partikelfiltret 7 har en radiell sträckning så att det helt fyller ut det radiella utrymmet mellan röret 4 och hölj et l. Partikelfiltret 7 innefattar långsträckta kanaler som är inrättade att leda avgaserna genom partikelfiltret i en väsentligen första riktning 8. Paitikelfiltret 7 har en konstant tvärsnittsform i avgaserna strömningsriktning. Partikelfiltret 7 innefattar 10 20 25 30 581) 642 stoppytor 9 som är anordnade på lämpliga ställen utefter de långsträckta kanalemas sträckning. Stoppytorna 9 tvingar avgaserna att ledasin i angränsande långsträckta kanaler 9 i partikelfiltret. Sotpartiklar i avgaserna är här avsedda att fastna och för- brännas i partikelfiltret 7. lnuti röret 4 är en andra avgasrenande komponent i form av en katalysatorrenare 10 anordnad. Katalysatorrenaren 10 är anordnad radiellt innanför partikelfiltret 7. Katalysatorrenaren 10 innefattar även längsträckta kanaler vilka är inrättade att leda avgaserna i en väsentligen andra riktning 11 genom katalysatorrena- ren 10. Katalysatorrenaren 10 har en konstant tvärsnittsform i avgasernas strömnings- riktning 11. Katalysatorrenaren 10 är inrättad att åstadkomma en katalytisk rening av avgaserna för att reducera avgasernas innehåll av kväveoxider.

En grundprincip för att dämpa lågfrekvent ljud är att skapa en lång avgasledning mel- lan två utrymmen. En effektiv lågfrekvent ljuddämpare med en rak sådan avgasledning upptar ett mycket stort utrymme. Lågfrekvent ljud är den dominerande delen av ljudet som alstras av en förbränningsmotor. Behållaranordningen är konstruerad enligt denna grundprincip. För att tillhandahålla en lång avgaskanal innefattar behållaranorclningen en spiralformad avgaskanal 13. Pig. 3 visar ett snitt i ett plan B som sträcker sig genom den spiralformade avgaskanalen 13. Den spiralformade avgaskanalen 13 är belägna vid den andra gavelväggen 6 hos höljet 1. Den spiralformade avgaskanalen 13 har en sträckning mellan ett radiellt utvändigt beläget inlopp l3a och ett radiellt invändigt beläget utlopp 13b. Den spiralfonnade avgaskanalen 13 har här har en sträckning av cirka 1 1A varv dvs. cirka 405°. Den spiralformade avgaskanalen 13 är formad av en spiralfonnad profil 12 som bildar väggytor hos avgaskanalen 13. Avgaspassagen ge- nom behållaren innefattar en utvändig axiell avgaskanal 14 där avgaserna bl.a. ström- mar genom partikelfiltret 7. Därefter leds avgaserna i en radiell riktning inåt genom nämnda spiralfonnade avgaskanalen 13. Slutligen leds avgaserna genom en axiell av- gaskanal 15 som är belägen invändigt röret 4. Genom kombinationen av de axiella avgaskanalerna 14, 15 och den spiralforrnade avgaskanalen 13 erhålls en mycket lång avgasledning utan att behållaranordningen i sig behöver ges en långsträckt form. Be- hållaranordningen kan därmed göras kompakt samtidigt som den uppvisar mycket goda ljuddämpande egenskaper.

En brännare 16 kan, vid behov, vara anordnad i närheten av inloppet 2 i behållaranord- ningen. Brännarens 16 uppgift är att värma upp avgaserna till en temperatur så att sot- partiklarna kan förbrännas i partikelfiltret 7. Sotpartíklar antänds normalt vid en tem- peratur av cirka 600°C. I de flesta fall är det dock svårt att garantera en så hög avgas- 10 15 20 25 30 5313 B42 temperatur även med en brännare 16 med en hög prestanda. Därför måste i regel sot- partiklarnas antändningstemperatur sänkas. Det kan ske genom att omvandla de olika förekommande typerna av kväveoxider NOX till kvävedioxid N02. Det finns huvud- sakligen två metoder att utföra detta. Enligt en första metod CRT (Continuously Rege- neration Trap) anordnas en separat oxidationskatalysatorrenare för detta ändamål före partikelfiltret 7 i avgasemas strömningsriktning. Sotpartiklama antänds i detta fall vid cirka 225°C i partikelfiltret 7. Enligt en andra metod CSF (Catalytic Soot Filter) be- läggs partikelfiltret 7 med ett lämpligt beläggningsmaterial så att oxidationskatalysen från NOX till N02 sker direkt på partikelfiltrets 7 yta. Sotpartiklarna antänds i detta fall vid cirka 250°C. Därutöver kan man med olika tillsatsärnnen i bränslet erhålla en sänkt antändningstemperatur vid cirka 350°C i ett konventionellt partikelfilter 7. I de fall en katalysatorrenare 10 används som arbetar enligt SCR (Selective Catalytic Reduction) är icke visade insprutningsorgan anordnade för att tillsätta ett ammoniakbärande ämne, exempelvis i form av en urealösning. Efter att ammoniakbäraren tillsatts måste den hinna att hydrolyseras och blandas med avgaserna för att optimera katalysatorrenarens 10 reduktion av avgasernas innehåll av ammoniak och kväveoxider till kvävgas och vatten.

Avgaserna leds in i behållaranordningen genom inloppet 2. Avgaserna leds från inlop- pet 2 till den utvändiga axiella avgaskanalen 14 som har en sträckning längs ett väsent- ligen ringformat utrymme utvändigt om röret 4. Avgaserna tillhandahåller en väsentli- gen jämn spridning innan de leds i en axiell riktning utvändigt röret 4 mot partikelfilt- i ret 7. Innan avgaserna når partikelfiltret 7 värms de vid behov upp av brännaren 14 till en temperatur så att en antändning och förbränning av sotpartiklar i avgaserna i parti- kelfiltret 7 möjliggörs. Avgaserna leds i den första riktningen 8 genom partikelfiltrets 7 långsträckta kanaler. Stoppytorna 9 som är anordnade på lämpliga ställen utefter de långsträckta kanalerna i partikelfiltret 7 tvingar in avgasema i angränsande långsträck- ta kanaler. Beroende på regenereringssystem och temperatur antänds och förbränns sotpartiklarna som härvid fastnar i partikelfiltret 7. Avgaserna tvingas således avvika en kortare sträcka i sidled men de strömmar huvudsakligen i den första riktningen 8 längs en väsentligen rät linje genom partikelfiltret 7. Avgaserna som strömmar ut ur partikelfiltret 7 är huvudsakligen befriade från sotpartiklar.

Avgaserna leds därefter in i den lösgörbart monterade modulenheten M som innefattar nämnda spiralforrnade avgaskanal 13. I Modulenheten M leds avgaserna initialt till ett ornråde 18 som är beläget radiellt utvändigt om den spiralforrnade avgaskanalen 13. 15 20 25 30 35 530 G42 Ornrådet 18 utgörs av en runtomgående kanal med en successivt tilltagande tvärsnitts- area för att leda avgaser till en inloppsöppning 13a hos den spiralfonnade avgaskana- len 13. Ett styrorgan 19 är anordnat i anslutning till inloppsöppningen för att förhindra att avgaserna i området 18 passerar förbi inloppsöppningen 13a. Styrorganet 19 inne- fattar ett parti med en krökt yta 19a som är anpassad att leda de mest perifera avgaser- na i området 18 radiellt inåt och in i den spiralformade avgaskanalen 13 via inlopps- öppningen l3a. Avgaserna kan därmed ledas in i den spiralforrnade avgaspassagen 13 med små strömningstörluster. Inga avgaseri området 18 leds således förbi inloppsöpp- ningen 13a. Avgaserna leds därefter genom den spiralfonnade avgaskanalen 13. Den spiralfonnade avgaskanalen 13 utgör en långsträck ledning som förbinder två utrym- men hos behållaren. Därmed kan en effektiv ljuddämpning av lågfrekvent ljud erhål- las. Den spíralforrniga avgaskanalen 13 tillför även en erforderlig blandningssträcka för ammoníakbäraren så att den hinner blandas väsentligen likformigt med avgaserna.

Avgaserna ges en relativt mjuk omlänlming under transporten i den spiralforinade av- gaskanalen 13 med ett väsentligen försurnbart strömningsmotstånd. I den spiralforrna- de avgaskanalen 13 strömmar avgaserna i ett plan som år väsentligen vinkelrätt mot avgasernas första 8 och andra ll strömningsriktning.

Modulenheten M innefattar ett koniskt format styrelement 21 som är fäst vid den andra gavelväggen 6 hos höljet 1. Det koniska styrelementet 21 har en central axel som sammanfaller med rörets 4 och behållaranordningen centrala axel 26. Det koniska styr- elementet 21 är fäst i den andra gavelväggen 6. Det koniska styrelementet 21 har en infastning så att det uppvisar en avtagande omkrets i riktning mot den andra avgaska- nalen 15. Därmed tillhandahåller avgaspassagen i detta område en successivt ökande tvärsnittsarea i riktning mot den andra avgaskanalen 15 vilket iinderlättar inflödet av avgaser in i den andra avgaskanalen 15. Det koniska styrelementet 21 är monterat i ett .område 24 som är beläget radiellt invändigt om den spiralformade avgaskanalen 13.

Då avgaserna strömmar ut från den spiralforrnade avgaspassagens utlopp 13b i detta ^ omrâde 24 bildar de en virvel så att åtminstone en huvuddel av avgasema tillhandahål- ler en strömning i en bana 25 som sträcker sig runt det koniska styrelementet 21. Det koniska styrelementet 21 upptar här ett utrymme i centrum av denna virvel. Normalt bildas ett undertryck i centrum av en virvel men genom appliceringen av det koniska styrelementet 21 i detta utrymme förhindras väsentligen uppkomsten av ett sådant ut- rymme med ett undertryck. Avgasema som strömmar ut från utloppet 13b kommer således att i viss mån cirkulera i nämnda bana 25 runt det koniska styrelementet 21 innan de avlänkas i en axiell riktning och leds in i röret 4 och mot katalysatorrenaren 15 20 530 542 10. För att förhindra att avgaserna cirkulera mer än ett varv runt det koniska partiet 21 och träffar avgaserna som leds ut genom utloppsöppningen är ett styrelement 22 an- ordnad i banan 25 i anslutning till utloppsöppningen l3b. Styrelementet 22 sträcker sig tvärs över banan 25 och tvingar de resterande avgaserna, som inte redan avletts i en axiell riktning, att ledas in i den andra avgaskanalen 15. Med hjälp av styrelementen 21 och 22 kan avgasernas strömningsförluster i området 24 hållas på en relativt låg nivå.

Då avgaserna når katalysatorrenaren 10 strömmar de in i dess långsträckta kanaler vil- ka medger en strömming av avgasema i den andra strömningsriktningen ll som är pa- rallell med och motriktad den första strömningsriktningen 8. I katalysatorrenaren 10 reduceras avgasernas innehåll av kväveoxider och ammoniak till kvävgas och vatten.

Därefter strömmar de från sotpartiklar och kväveoxider väsentligen befriade avgaserna ut genom utloppet 3. Utloppet 3 innefattar en väl rundad avtagande form som förbinder röret 4 med ett smalare rör hos avgassystemet. Utloppets 3 form medför att avgaserna även här erhåller ett mycket litet strömningsmotstånd. Den spiralformade avgaskanalen 13 innefattas således i en löstagbar separat modul M som lätt kan monteras och de- monteras. Därmed kan gavelväggen 6 och den spiralforrnade avgaskanalen 13 med styrelement 19, 21, 22 monteras och demonteras som en enhet. Sådana modulenheter M kan tillverkas i olika utföranden och storlekar. Därmed kan modulenheter M som innefattar spiralfonnade avgaskanaler av olika antal, längd och tvärsnittsareor monte- ras i behållaranordningen bla. beroende på typ och storlek av förbränningsmotor.

Monteringen av modulenheten kan ske med spännband 23.

Uppfmningen är på intet sätt begränsad till den beskrivna utföringsformen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar.

Claims (8)

lO 15 20 25 530 B42 Patentkrav

1. Behållaranordning anpassad att anordnas i ett avgassystem för en förbränningsmo- tor, varvid behållaranordningen innefattar en ett yttre hö1je(1), en rörformad krOpD (4) som innesluts av nämnda hölj e (1) och en avgaspassage för att leda avgaserna genom behållaranordningen, varvid nämnda avgaspassage innefattar en första avgaskanal (14) som är belägen utvändigt om den rörformade kroppen (4), en andra avgaskanal (15) som är belägen invändigt om den rörformade kroppen (4) och en spiralformad avgas- kanal (13) som är anpassad att leda avgaserna från den första avgaskanalen (14) till ett område (24), som är beläget radiellt invändigt om den spiralformade avgaskanalen (13), innan avgaserna leds in i den andra avgaskanalen (15), flïf behål' laranordningen innefattar ett första styrelement (21) som är monterat i nämnda område (24), vilket styrelement (21) har en form och en placering så att avgaser som strömmar ut från den spiralformade avgaskanalen (13) åtminstone delvis leds i en bana runt det första styrelementet (21) innan de leds in i den andra avgaskanalen (15) och ett tredje styrelement (19) som är anordnat vid en inloppsöppning (l3a) hos den spiralformade avgaskanalen (13) vilket innefattar en krökt styryta (l9a) för att leda in avgaser i den spiralformade avgaskanalen (13).

2. Behållaranordning enligt krav 1, kännetecknad av att det forsta styrelementet (21) har en cirkulär omkrets som definierar nämnda bana (25).

3. Behållaranordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att det första styrelementet (21) har åtminstone ett parti med en successivt avtagande omkrets i riktning mot den andra avgaskanalen (15).

4. Behållaranordning enligt krav 3, kännetecknad av att det forsta styrelementet (21) har en konisk form.

5. Behållaranordning enligt något av föregående krav, att behållaran- ordningen innefattar ett andra styrelement (22) som är anpassat att blockera nämnda bana (25) och förhindra ytterligare strömning av avgaserna längs nämnda bana (25) efter en bestämd sträcka. 10 5313 G42 10

6. Behållaranordning enligt krav 5, kännetecknad av att det andra styrelementet (22) är anpassat att förhindra strömming av avgaserna längs nämnda bana (25) etter att de cir- kulerat cirka ett varv runt det forsta styre1ementet(21).

7. _ Behållaranordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den spiral- formade avgaskanalen (13) har en vridningsvinkel av 360° till 540°.

8. Behållaranordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av att den spiral- formade avgaskanalen (13) och nämnda styrelement (19, 21, 22) innefattas i en avtag- bar modulenhet (M) hos behållaranordningen.