DE102008052757A1

DE102008052757A1 - Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit in eine Abgasströmung

Info

Publication number: DE102008052757A1
Application number: DE102008052757A
Authority: DE
Inventors: Björn Dr. Damson
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-23
Also published as: DE102008052757B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Einbringen einer Flüssigkeit (2) in eine Abgasströmung (3) bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem strömungsführenden Abschnitt (4) einer Abgasanlage (5) der Brennkraftmaschine, der einen Strömungspfad (10) für die Abgasströmung (3) bildet, mit einem Anschlussstutzen (6), der mit dem strömungsführenden Abschnitt (4) kommunizierend verbunden ist, und mit einer Einspritzeinrichtung (8) zum Einspritzen der Flüssigkeit (2), die beabstandet vom strömungsführenden Abschnitt (4) am Anschlussstutzen (6) befestigt ist, so dass die Flüssigkeit (2) beim Einspritzen durch den Anschlussstutzen (6) in die Abgasströmung (3) gelangt.
Eine verbesserte Temperaturverträglichkeit ergibt sich, wenn anströmseitig des Anschlussstutzens (6) ein Strömungshindernis (13) angeordnet ist, das zumindest in einem Umfangssegment, in dem sich auch der Anschlussstutzen (6) erstreckt, in den Strömungspfad (10) vorsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit in eine Abgasströmung bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer derartigen Vorrichtung.
Bei modernen Abgasanlagen ist es zur Durchführung chemischer Reaktionen erforderlich, ein flüssiges Edukt in die Abgasströmung einzubringen. Beispielsweise wird Ammoniak bzw. eine wässrige Harnstofflösung stromauf eines SCR-Katalysators in die Abgasströmung eingebracht, um im SCR-Katalysator Stickoxide umzusetzen. Des Weiteren kann es zum Aufheizen der Abgasströmung bzw. von Komponenten der Abgasanlage erwünscht sein, Kraftstoff in die Abgasströmung einzubringen, um diesen zum Beispiel an einen Oxidationskatalysator exotherm umzusetzen. Ebenso sind andere Anwendungen denkbar, bei denen eine Flüssigkeit in die Abgasströmung eingebracht werden soll. Für derartige Anwendungen kommen Vorrichtungen der eingangs genannten Art zum Einsatz. Sie umfassen üblicherweise einen strömungsführenden Abschnitt einer Abgasanlage, wobei dieser Abschnitt einen Strömungspfad für die Abgasströmung bildet. Ferner ist üblicherweise ein Anschlussstutzen vorgesehen, der mit dem strömungsführenden Abschnitt kommunizierend verbunden ist. Des Weiteren ist eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Flüssigkeit vorgesehen, zum Beispiel eine Einspritzdüse. Die Einspritzeinrichtung ist beabstandet vom strömungsführenden Abschnitt an besagtem Anschlussstutzen befestigt. Dementsprechend gelangt die eingespritzte Flüssigkeit durch den Anschlussstutzen in die Abgasströmung.
Einspritzeinrichtungen, insbesondere Düsen, die hierbei zum Einsatz kommen, sind üblicherweise nur bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur, die beispielsweise bei etwa 150°C liegt, verwendbar. Bei höheren Temperaturen kann es zu einer thermischen Schädigung der jeweiligen Einspritzeinrichtung kommen. Bei zu niedrigen Temperaturen können sich im Anschlussstutzen Ablagerungen durch die eingespritzte Flüssigkeit bilden. Beispielsweise zerfällt eine eingespritzte flüssige Harnstoffwasserlösung in Isocyansäure und Wasser, wobei dann die Isocyansäure polymerisieren kann und einen festen, allmählich anwachsenden Belag bilden kann. Darüber hinaus variieren im Fahrzeugbetrieb die Abgastemperaturen in einem vergleichsweise weiten Bereich. Durch die Länge des Anschlussstutzens kann die Temperatur der Einspritzeinrichtung begrenzt werden. Wird beispielsweise ein vergleichsweise langer Anschlussstutzen vorgesehen, wird erreicht, dass die Einspritzeinrichtung auch bei Volllast der Brennkraftmaschine nicht überhitzt. Allerdings treten dann bei niedrigen Lastzuständen, die mit niedrigen Abgastemperaturen einhergehen, im Bereich der Einspritzeinrichtung vergleichsweise niedrige Temperaturen auf, wodurch sich das Risiko für die Bildung von störenden Ablagerungen erhöht. Verkürzt man den Anschlussstutzen, um das Risiko von derartigen Ablagerungen bei niedrigen Lastzuständen zu reduzieren, erhöht sich die Gefahr einer thermischen Beschädigung der Einspritzeinrichtung bei höheren Motorlasten. Parallel zur thermischen Ankopplung durch Konvektion ändert sich bei einem kurzen Anschlussstutzen auch der Stoffaustausch aus der Gasphase. Dies ist wichtig, da neben der Temperatur auch ein schneller Abtrabsport von Gasen, z. B. von gasförmiger Isocyansäure, für die Vermeidung von Ablagerungen vorteilhaft ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bzw. für eine damit ausgestattete Abgasanlage eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch aus zeichnet, dass einerseits die Gefahr einer Überhitzung der Einspritzeinrichtung und andererseits die Gefahr von Ablagerungen reduziert ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Abgasströmung bei schädlichen Randbedingungen, insbesondere bei hohen Abgastemperaturen, mit Hilfe eines Strömungshindernisses so abzulenken, dass keine direkte Beaufschlagung bzw. Anströmung des Anschlussstutzens erfolgt. Hierdurch ist der Anschlussstutzen den heißen Abgasen nicht mehr direkt ausgesetzt, wodurch die thermische Belastung des Anschlussstutzens und somit der daran angeordneten Einspritzeinrichtung signifikant reduziert werden kann. In der Folge kann der Anschlussstutzen vergleichsweise kurz gebaut werden, ohne Überhitzungsgefahr für die Einspritzeinrichtung bei Volllast der Brennkraftmaschine. Bei niedrigen Lastzuständen ist jedoch eine direkte Anströmung des Anschlussstutzens möglich, so dass eine hinreichende Wärmeübertragung auf den Anschlussstutzen erreicht werden kann, um die Ausbildung von störenden Ablagerungen zu vermeiden.
Erreicht wird dies bei der Erfindung durch ein bezüglich des Anschlussstutzens anströmseitig angeordnetes Strömungshindernis, das in den Strömungspfad vorsteht.
Bei einer besonders preiswerten Ausführungsform ist das Strömungshindernis stationär ausgestaltet, also permanent vorhanden. Dabei kann es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform so dimensioniert und positioniert sein, dass es bis zu einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit der Abgasströmung eine di rekte Anströmung des Anschlussstutzens zulässt, während es oberhalb dieser vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit die Abgasströmung am Anschlussstutzen vorbeiführt, um eine direkte Beaufschlagung bzw. Anströmung des Anschlussstutzens zu vermeiden. Bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten kann die Abgasströmung das Hindernis mit einer vergleichsweise geringen Ablenkung umströmen, wobei sich die Abgasströmung stromab des Hindernisses relativ rasch wieder auf ihren ursprünglichen Querschnitt aufweiten kann. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto später kann sich die Abgasströmung wieder auf ihren ursprünglichen Querschnitt aufweiten. Durch gezielte Ausnutzung dieses Effekts kann der Anschlussstutzen gezielt in einem sogenannten „Totwasserbereich” der Abgasströmung stromab des Strömungshindernisses positioniert werden, wobei die in Strömungsrichtung gemessene Länge des Totwasserbereichs von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt. Bei oberhalb der vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit liegenden Strömungsgeschwindigkeiten erstreckt sich dieses Totwassergebiet bis über den gesamten Anschlussstutzen, das heißt, die Abgasströmung kann sich erst stromab des Anschlussstutzens wieder auf ihren ursprünglichen Querschnitt aufweiten.
Bei einer anderen Ausführungsform kann das Strömungshindernis verstellbar ausgestaltet sein, so dass es zwischen einer Aktivstellung und einer Passivstellung verstellbar ist. In der Aktivstellung lenkt es die Abgasströmung vom Anschlussstutzen weg, während es in der Passivstellung die Anströmung des Anschlussstutzens zulässt. Dieses aktiv verstellbare Strömungshindernis kann nun in Abhängigkeit grundsätzlich beliebiger Parameter verstellt werden. Denkbar ist beispielsweise eine Temperaturüberwachung der Einspritzeinrichtung. Ebenso kann das Strömungshindernis in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine betätigt werden. Beispielsweise ist das Strömungshindernis bei niedrigen Lasten der Brennkraftmaschine in die Passivstellung verstellt, während es bei mittleren Lasten oder zumindest bei Volllast aktiviert wird. Ferner ist eine Überwachung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Temperatur der Abgasströmung denkbar, um das Strömungshindernis zu aktivieren bzw. zu deaktivieren.
Alternativ zu einem aktiv verstellbaren Strömungshindernis kann auch ein passiv verstellbares Strömungshindernis vorgesehen sein, das in Abhängigkeit der daran angreifenden, von der Abgasströmung erzeugten Strömungskräften zwischen seinen Schaltstellungen verstellt wird. Ein derartiges selbstschaltendes Strömungshindernis lässt sich einfacher realisieren als ein aktiv verstellbares Strömungshindernis und kann eine bessere Schaltcharakteristik als ein stationäres Strömungshindernis aufweisen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine stark vereinfachte, prinzipielle Schnittansicht einer Vorrichtung,
2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einem anderen Betriebszustand,
3 bis 7 weitere Ansichten derartiger Vorrichtungen bei anderen Ausführungsformen.
Entsprechend den 1 bis 7 umfasst eine Vorrichtung 1, die dazu geeignet ist, eine durch unterbrochene Linien angedeutete Flüssigkeit 2 in eine durch Pfeile angedeutete Abgasströmung 3 einzubringen, einen strömungsführenden Abschnitt 4 einer im Übrigen nicht dargestellten Abgasanlage 5 einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine, die sich insbesondere in einem Kraftfahrzeug befinden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst außerdem einen Anschlussstutzen 6, der über eine Anschlussstelle 7 mit dem strömungsführenden Abschnitt 4 kommunizierend verbunden ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung 1 eine Einspritzeinrichtung 8 auf, die zum Beispiel als Einspritzdüse ausgestaltet sein kann, mit deren Hilfe die Flüssigkeit 2 in die Abgasströmung 3 einspritzbar ist. Hierzu ist die Einspritzeinrichtung 8 am Anschlussstutzen 6 befestigt, und zwar an einem von der Anschlussstelle 7 entfernten Ende 9. Dementsprechend ist die Einspritzeinrichtung 8 vom strömungsführenden Abschnitt 4 beabstandet am Anschlussstutzen 6 angeordnet. Auf diese Weise gelangt die von der Einspritzeinrichtung 8 in den Anschlussstutzen 6 eingespritzte Flüssigkeit 2 letztlich durch den Anschlussstutzen 6 in die Abgasströmung 3. Der strömungsführende Abschnitt 4 begrenzt dabei bzw. definiert für die Abgasströmung 3 einen Strömungspfad 10, der hier durch einen Pfeil mit unterbrochener Linie angedeutet ist.
Entsprechend 1 kann die Abgasanlage 5 stromab der Vorrichtung 1 eine Abgasbehandlungseinrichtung 11 aufweisen, die zu ihrem Betrieb die Flüssigkeit 2 als Edukt benötigt. Beispielsweise handelt es sich bei der Abgasbehandlungsein richtung 11 um einen SCR-Katalysator. Die stromauf zugeführte Flüssigkeit ist dann zweckmäßig eine wässrige Harnstofflösung. Im SCR-Katalysator 11 bzw. in einem vorgeschalteten Hydrolysekatalysator wird aus dem Harnstoff Ammoniak erzeugt, der dann zur Reduktion von Stickoxiden verwendet werden kann. Alternativ kann es sich bei der Abgasbehandlungseinrichtung 11 auch um einen Oxidationskatalysator handeln. Das zugeführte flüssige Edukt ist dann zweckmäßig ein Kraftstoff, der am Katalysator zur Freisetzung von Wärmeenergie umgesetzt werden kann. Optional kann die Abgasanlage 4 eine Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 12 aufweisen, die der Vorrichtung 1 nachgeschaltet, also stromab davon angeordnet ist und die der Abgasbehandlungseinrichtung 11 vorgeschaltet, also stromauf dazu angeordnet ist. Die Misch- und/oder Verdampfungseinrichtung 12 sorgt für eine möglichst weitgehende Verdampfung der eingebrachten Flüssigkeit bzw. für eine möglichst homogene Durchmischung des Abgas-Dampfgemischs.
Entsprechend den 1 bis 7 weist die Vorrichtung 1 außerdem ein Strömungshindernis 13 auf. Dieses ist anströmseitig des Anschlussstutzens 6 angeordnet, und zwar so, dass es in den Strömungspfad 10 vorsteht. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist es jeweils stromauf des Anschlussstutzens 6 im strömungsführenden Abschnitt 4 angeordnet. Hierzu ist es an einer Wand 14 des strömungsführenden Abschnitts 4 angebracht und steht von dieser Wand 14 nach innen ab. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Strömungshindernis 13 auch am Anschlussstutzen 6 angeordnet sein, und zwar an dessen Anströmseite, also insbesondere an einem Übergang 15, an dem die im strömungsführenden Abschnitt 4 angeströmte Seite des Anschlussstutzens 6 an den Abschnitt 4 angrenzt.
Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 erstreckt sich das Strömungshindernis 13 ausschließlich in einem Umfangssegment, in dem sich auch der An schlussstutzen 6 erstreckt. Beispielsweise erstreckt sich das Strömungshindernis 13 in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 45°. In diesem 45°-Segment ist auch der Anschlussstutzen 6 stromab des Strömungshindernisses 13 angeordnet.
Im Unterschied dazu zeigt 3 eine Ausführungsform, bei welcher zwei Strömungshindernisse 13 und 13' vorgesehen sind, die sich jeweils nur in einem Umfangssegment erstrecken. Die beiden Hindernisse 13, 13' sind dabei asymmetrisch ausgestaltet. Dabei erstrecken sie sich über unterschiedlich große Umfangssegmente sowie über verschiedene Umfangssegmente. Im Beispiel der 3 sind sie zueinander diametral gegenüberliegend angeordnet. Sie können jedoch auch zueinander axial versetzt angeordnet sein. Des Weiteren sind die Strömungshindernisse 13, 13' bezüglich ihrer radialen Erstreckung unterschiedlich groß dimensioniert. Im Beispiel ist das gegenüber der Anschlussstelle 7 angeordnete Strömungshindernis 13' in radialer Richtung kleiner dimensioniert als das an der gleichen Seite wie die Anschlussstelle 7 angeordnete Strömungshindernis 13.
Des Weiteren zeigt 4 eine andere alternative Ausführungsform, bei welcher sich das Strömungshindernis 13 in der Umfangsrichtung ringförmig geschlossen erstreckt. Es ist klar, dass grundsätzlich auch beliebige andere Formen und Anordnungen für die Strömungshindernisse 13 denkbar sind. Auch sind die Ausführungsformen nicht auf die hier gezeigten Beispiele, bei denen der strömungsführende Abschnitt 4 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, beschränkt, so dass grundsätzlich auch beliebige Strömungsquerschnitte für den strömungsführenden Abschnitt 4 denkbar sind, was zu entsprechend anderen Geometrien für die Strömungshindernisse 13 führt.
Bei den Ausführungsformen der 1 bis 4 ist das jeweilige Strömungshindernis stationär ausgestaltet. Mit anderen Worten, das jeweilige Strömungshindernis 13 ist bei diesen Ausführungsformen permanent vorhanden, unabhängig von der aktuellen Abgasströmung 3, die im Abschnitt 4 herrscht. Die Funktionsweise des stationären Strömungshindernisses 13 ist mit Bezug auf die 1 und 2 näher erläutert. Das gezeigte Strömungshindernis 13 ist so dimensioniert und im strömungsführenden Abschnitt 4 so positioniert, dass es bis zu einer vorbestimmten ersten Strömungsgeschwindigkeit der Abgasströmung 3 eine Anströmung des Anschlussstutzens 6 bzw. der Anschlussstelle 7 zulässt. Entsprechend 1 erfolgt bei entsprechend niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten durch das Strömungshindernis 13 eine Einschnürung des durchströmbaren Querschnitts. Danach fällt der Druck in der Strömung relativ bald wieder ab, so dass sich die Strömung wieder aufweiten kann. Unterhalb dieser vorbestimmten ersten Strömungsgeschwindigkeit erfolgt die Strömungsaufweitung bereits im Bereich der Anschlussstelle 7, so dass der Anschlussstutzen 6 von der Abgasströmung 3 beaufschlagt ist. Dementsprechend kann insbesondere eine Wärmeübertragung von der Abgasströmung 3 auf den Anschlussstutzen 6 erzielt werden. Dies führt zu einer Aufheizung des Anschlussstutzens 6 auf eine Mindesttemperatur. Diese Mindesttemperatur kann zweckmäßig so hoch gewählt sein, dass beispielsweise die Isocyansäuse schnell genug verdampft, um deren Polymerisation zu vermeiden. Mit zunehmender Geschwindigkeit in der Abgasströmung 3 wird der Bereich, in dem sich die Abgasströmung 3 stromab des Hindernisses 13 wieder auf ihren ursprünglichen Querschnitt aufweiten kann, stromab verschoben. Ab einer vorbestimmten zweiten Strömungsgeschwindigkeit, die höher ist als die erste vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit, liegt dann der in 2 gezeigte Zustand vor, bei dem sich die durch das Strömungshindernis 13 verengte Abgasströmung 3 erst nach, also stromab der Anschlussstelle 7 wieder auf ihren ursprünglichen Querschnitt aufweiten kann. Auf diese Weise ist die Abgasströmung spätestens ab dieser zweiten Strömungsgeschwindigkeit von der Anschlussstelle 7 weggelenkt. Bei diesen hohen Strömungsgeschwindigkeiten ist die Wärmeübertragung von der Abgasströmung 3 auf den Anschlussstutzen 6 stark reduziert, wodurch eine Überhitzung der Einspritzeinrichtung 8 vermieden werden kann. Der stromab auf das Strömungshindernis 13 folgende, von der Abgasströmung 3 nicht mehr erfassbare Bereich kann auch als Totwassergebiet des Strömungshindernisses 13 bezeichnet werden. Dieses Totwassergebiet ist in den 1 und 2 mit 16 bezeichnet und ist in 1 vergleichsweise klein, während es in 2 vergleichsweise groß ist und sich insbesondere über die gesamte Anschlussstelle 7 erstreckt.
Anstelle einer derartigen, in den 1 bis 4 gezeigten stationären Ausführungsform für das Strömungshindernis 13 kann entsprechend den 5 bis 7 auch ein verstellbares Strömungshindernis 13 vorgesehen sein. Dabei zeigen die 5 und 6 eine aktiv verstellbare Variante, während 7 eine passiv verstellbare Variante darstellt. In jedem Fall ist das jeweilige Strömungshindernis 13 zwischen einer Aktivstellung und einer Passivstellung verstellbar. Die Aktivstellung des Strömungshindernisses 13 ist in 5 dargestellt sowie in 7 mit unterbrochener Linie angedeutet. In der Aktivstellung lenkt das Strömungshindernis 13 die Abgasströmung 3 von der Anschlussstelle 7 bzw. vom Anschlussstutzen 6 weg. In der jeweiligen Passivstellung, die in 6 dargestellt ist und die in 7 mit durchgezogener Linie angedeutet ist, lässt das jeweilige Strömungshindernis 13 eine Anströmung der Anschlussstelle 7 bzw. des Anschlussstutzens 6 durch die Abgasströmung 3 zu.
Bei der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist eine Stelleinrichtung 17 vorgesehen, die auf geeignete Weise mit dem verstellbaren Strömungshindernis 13 gekoppelt ist. Beispielsweise handelt es sich beim Strömungshindernis 13 bei diesen Ausführungsformen um einen Klappe, die um eine Schwenkachse 18 schwenkverstellbar gelagert ist. Die Stelleinrichtung 17 treibt beispielsweise eine koaxial zur Schwenkachse 18 verlaufende Welle an, an welcher die Klappe, die das Strömungshindernis 13 bildet, drehfest angebracht ist. Die Stelleinrichtung 17 ist auf geeignete Weise mit einer Steuerung 19 verbunden, mit deren Hilfe die Stelleinrichtung 17 betätigbar ist. Die Steuerung 19 kann nun so ausgestaltet sein, dass sie die Stelleinrichtung 17 in Abhängigkeit von bestimmten Parametern betätigt. Beispielsweise kann die Steuerung 19 die Stelleinrichtung 17 in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine betätigen. Betriebszustände sind beispielsweise Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine. Ferner kann die Steuerung 19 eine Betätigung der Stelleinrichtung 17 in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Abgasströmung 3 und/oder in Abhängigkeit der Temperatur in der Abgasströmung 3 durchführen. Beispielsweise betätigt die Steuerung 19 die Stelleinrichtung 17 zum Einstellen der Aktivstellung, wenn die Brennkraftmaschine bei hoher Drehzahl bzw. hoher Last betrieben wird bzw. wenn eine vergleichsweise hohe Strömungsgeschwindigkeit vorliegt bzw. wenn eine vergleichsweise hohe Abgastemperatur vorliegt. Bei niedriger Abgastemperatur bzw. niedriger Abgasströmungsgeschwindigkeit bzw. bei geringer Last und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine kann die Steuerung 19 über die Stelleinrichtung 17 die Passivstellung für das Strömungshindernis 13 einstellen. Die Steuerung 19 kommuniziert hierzu mit einer geeigneten Sensorik bzw. mit einem Motorsteuergerät.
Im Aktivzustand gemäß 5 ist eine direkte Aufheizung des Anschlussstutzens 6 und somit der Einspritzeinrichtung 8 erheblich erschwert. Dementsprechend kann eine Überhitzung der Einspritzeinrichtung 8 vermieden werden. Im Unterschied dazu ist bei der Passivstellung gemäß 6 eine Wärmeübertragung zwischen Abgasströmung 3 und Anschlussstutzen 6 vereinfacht, wodurch eine gewisse Mindesttemperatur für den Anschlussstutzen 6 leichter erreichbar ist.
7 zeigt nun eine passiv arbeitende Ausführungsform, die ohne aktiv betätigbare Stelleinrichtung 17 auskommt. Das Strömungshindernis 13 ist hier als passives, selbstschaltendes Strömungshindernis 13 ausgestaltet. Beispielsweise kann das Strömungshindernis 13 wieder als Klappe ausgestaltet sein, die um eine Schwenkachse 18 verschwenkbar angeordnet ist. Eine Rückstellfeder 20 treibt das Strömungshindernis 13 gegen einen Anschlag 21 an, an dem es im Passivzustand anliegt. Das Strömungshindernis 13 ist im durchströmten Abschnitt 4 so angeordnet, dass daran Strömungskräfte der Abgasströmung 3 angreifen können. Beispielsweise besitzt das Strömungshindernis 13 in der Passivstellung einen Anstellwinkel gegenüber der ankommenden Abgasströmung 3. Hierdurch entsteht bei der Anströmung und Umströmung des Strömungshindernisses 13 ein Staudruck, der das Strömungshindernis 13 entgegen der Rückstellkraft der Feder 20 antreibt. Bei hinreichend höher Strömungsgeschwindigkeit können die Strömungskräfte die Rückstellkräfte der Rückstellfeder 20 überwinden, wodurch das Strömungshindernis 13 in seine Aktivstellung verschwenken kann.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist der strömungsführende Abschnitt 4 als Kanal ausgestaltet, an den der Anschlussstutzen 6 seitlich, also im Wesentlichen quer zur Hauptströmungsrichtung der Abgasströmung 3 angeschlossen ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann der strömungsführende Abschnitt 4 eine Kammer sein, und zwar insbesondere innerhalb einer Abgasbehandlungseinrichtung. Der Anschlussstutzen 6 ist dann an eine Wand angeschlossen, welche die Kammer begrenzt.

Claims

Vorrichtung zum Einbringen einer Flüssigkeit (2) in eine Abgasströmung (3) bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem strömungsführenden Abschnitt (4) einer Abgasanlage (5) der Brennkraftmaschine, der einen Strömungspfad (10) für die Abgasströmung (3) bildet, – mit einem Anschlussstutzen (6), der mit dem strömungsführenden Abschnitt (4) kommunizierend verbunden ist, – mit einer Einspritzeinrichtung (8) zum Einspritzen der Flüssigkeit (2), die beabstandet vom strömungsführenden Abschnitt (4) am Anschlussstutzen (6) befestigt ist, so dass die Flüssigkeit (2) beim Einspritzen durch den Anschlussstutzen (6) in die Abgasströmung (3) gelangt, – wobei anströmseitig des Anschlussstutzen (6) ein Strömungshindernis (13) angeordnet ist, das zumindest in einem Umfangssegment, in dem sich auch der Anschlussstutzen (6) erstreckt, in den Strömungspfad (10) vorsteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strömungshindernis (13) ausschließlich in dem dem Anschlussstutzen (6) zugeordneten Umfangssegment erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Strömungshindernis (13) in Umfangsrichtung ringförmig geschlossen erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) stationär ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) so dimensioniert und positioniert ist, dass es bis zu einer vorbestimmten ersten Strömungsgeschwindigkeit der Abgasströmung (3) eine Anströmung einer Anschlussstelle (7), in der der Anschlussstutzen (6) an den strömungsführenden Abschnitt (4) angeschlossen ist, zulässt und dass es ab dieser Strömungsgeschwindigkeit oder ab einer höheren vorbestimmten zweiten Strömungsgeschwindigkeit die Abgasströmung von der Anschlussstelle (7) weglenkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) verstellbar ausgestaltet ist und zwischen einer Aktivstellung, in der es die Abgasströmung (3) von einer Anschlussstelle (7), in der der Anschlussstutzen (6) an den strömungsführenden Abschnitt (4) angeschlossen ist, weglenkt, und einer Passivstellung verstellbar ist, in der es eine Anströmung der Anschlussstelle (7) zulässt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) mittels einer Stelleinrichtung (17) aktiv verstellbar ist, die mittels einer Steuerung (19) betätigbar ist, wobei die Steuerung (19) die Stelleinrichtung (17) in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit der Ab gasströmung (3) und/oder in Abhängigkeit der Temperatur in der Abgasströmung (3) betätigt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) als passives, selbstschaltendes Strömungshindernis (13) ausgestaltet ist, das in Abhängigkeit der daran angreifenden, von der Abgasströmung (3) erzeugten Strömungskräfte betätigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) stromauf des Anschlussstutzens (6) an einer Wand (14) des strömungsführenden Abschnitts (4) angeordnet ist und von dieser nach innen vorsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis (13) anströmseitig am Anschlussstutzen (6) angeordnet ist und von diesem in den Strömungspfad (10) vorsteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der strömungsführende Abschnitt (4) ein Kanal ist, an den der Anschlussstutzen (6) seitlich angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der strömungsführende Abschnitt (4) eine Kammer einer Abgasbehandlungseinrichtung ist, wobei der Anschlussstutzen (6) an eine die Kammer begrenzende Wand angeschlossen ist.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einer Abgasbehandlungseinrichtung (11), – mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die stromauf der Abgasbehandlungseinrichtung (11) angeordnet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abgasbehandlungseinrichtung (11) ein SCR-Katalysator ist, – dass die Vorrichtung (1) zum Einbringen von Ammoniak oder von Harnstoff oder von wässriger Harnstofflösung ausgestaltet ist.