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WO2013000640A1 - Vorrichtung und verfahren zum einbringen eines reduktionsmittels in einen abgasstrang - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum einbringen eines reduktionsmittels in einen abgasstrang Download PDF

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Publication number
WO2013000640A1
WO2013000640A1 PCT/EP2012/059714 EP2012059714W WO2013000640A1 WO 2013000640 A1 WO2013000640 A1 WO 2013000640A1 EP 2012059714 W EP2012059714 W EP 2012059714W WO 2013000640 A1 WO2013000640 A1 WO 2013000640A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust
reducing agent
line
hollow element
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/059714
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sabine Amend
Markus Gloeckle
Franz-Josef Trompeter
Matthias Burger
Heinrich Duetsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to EP12723486.2A priority Critical patent/EP2726718A1/de
Publication of WO2013000640A1 publication Critical patent/WO2013000640A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for introducing a reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine in order to achieve the most uniform possible distribution of the reducing agent in the exhaust system.
  • SCR Selective Catalytic Reduction
  • the urea water solution can be added to the exhaust in various ways.
  • the exhaust gases instead of a urea water solution and ammonia can be supplied in gaseous form.
  • DE 197 38 859 A1 shows a mixture delivery device for an exhaust system, in which an annular spray body, which has a circumferential distribution channel and a plurality of spray channels, is introduced into the exhaust gas line. Via a mixture supply line, a mixture of compressed gas and urea-water solution is fed and introduced into the exhaust gas flow upstream of the catalyst. Disclosure of the invention:
  • An object of the invention is to provide a device for injecting a reducing agent, in particular a gaseous reducing agent such as ammonia, into the exhaust gas line of an internal combustion engine with which the most uniform possible distribution of the reducing agent in the exhaust gas system is achieved.
  • a reducing agent in particular a gaseous reducing agent such as ammonia
  • An apparatus for introducing a reducing agent into an exhaust gas line of an internal combustion engine has at least one hollow element arranged in the exhaust gas line and at least one feed line, which is designed to supply reducing agent to the hollow element.
  • the at least one hollow element extends in a plane which is aligned transversely to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust system.
  • In the hollow element at least one opening is formed which allows reducing agent to flow from the hollow element into the exhaust gas line.
  • a uniform distribution of the concentration of the reducing agent in the exhaust line is achieved when introducing the gaseous reducing agent in the exhaust system. This results in an increase in efficiency, especially in the case of short mixing sections.
  • a catalyst arranged in the exhaust gas line does not have to be thermo-thermally insulated. Hydrolysis perform, which is particularly advantageous at low temperatures.
  • the invention also includes a method of introducing a particular gaseous reducing agent into an exhaust line of an internal combustion engine, wherein the method includes in particular, the particular gaseous reducing agent through a device according to the invention in the exhaust system contribute.
  • the inventive introduction of a particular gaseous reducing agent is a particularly homogeneous mixing of the introduced reducing agent with the exhaust gases, which flow through the exhaust line achieved. This allows a particularly effective reduction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gases over the entire cross section of the exhaust system.
  • the device according to the invention has at least one opening, which is oriented so that the reducing agent is parallel to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust line from the hollow element in the
  • Exhaust line can flow.
  • at least one of the openings may be aligned such that the reducing agent flows with a transverse component, in particular at a right angle, to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust gas line into the exhaust gas line. Due to the orientation of the openings, through which the reducing agent emerges from the hollow element and in the
  • Exhaust line flows the inflow angle, in which the reducing agent flows from the hollow element into the exhaust line, can be suitably adjusted to achieve an optimal and particularly particularly uniform distribution of the reducing agent in the exhaust gases in the exhaust system.
  • the at least one hollow element is helical, so that it extends in a spiral shape from the center of the exhaust gas line into its edge region.
  • the hollow element is preferably arranged in a plane which is aligned transversely, in particular perpendicularly, to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust gas line.
  • the reducing agent can be supplied to the hollow element in the center of the exhaust gas line, so that it flows through the helical element into the outer regions of the exhaust gas line.
  • the reducing agent can be supplied to the screw or spiral hollow element at its outer end, so that it flows through the hollow element in the direction of the center of the exhaust gas line.
  • openings are formed through which, during operation, in each case a part of the reductant Onsffens flows from the hollow element in the exhaust line and the reducing agent is distributed uniformly over the entire cross section of the exhaust line.
  • the at least one hollow element extends in the radial direction through the cross section of the exhaust gas line.
  • openings are formed through which a part of the reducing agent in each case flows out of the hollow element into the exhaust gas line during operation.
  • a plurality of hollow elements are provided, and the hollow elements are preferably arranged in the form of a grid, which is aligned transversely, in particular at a right angle to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust system.
  • a number of openings is provided, which allow an exit of reducing agent in the exhaust system.
  • the cross section of the exhaust line can be particularly evenly supplied with reducing agent, so that a particularly homogeneous mixing of the exhaust gases in the exhaust line with the supplied reducing agent can be achieved.
  • mixer flaps are arranged on and / or between the hollow elements, which flaps are designed to deflect or deflect the exhaust gas flow in the exhaust gas line.
  • mixer flaps which deflect the exhaust gas flow in the exhaust line or divert the mixing of the exhaust gases can be improved with the reducing agent in order to achieve the most homogeneous distribution of the reducing agent in the exhaust gases.
  • annular feed line is provided, which is designed to supply the hollow element or the hollow elements with the reducing agent to be introduced into the exhaust gas line.
  • An annular feed line may be formed inside or outside the exhaust line.
  • the device according to the invention for introducing the reducing agent is attached to a sealing ring or flange, which is arranged in the exhaust pipe.
  • a device according to the invention can be mounted particularly simple and inexpensive. In particular, additional interruptions (cuts) in the exhaust pipe, which can lead to leakage, can be avoided.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 3 shows a third embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 4 shows a fourth embodiment of a device according to the invention.
  • Figure 5 shows a fifth embodiment of a device according to the invention.
  • FIG. 6 shows a sixth embodiment of a device according to the invention.
  • the exhaust gas line respectively extends perpendicular to the drawing plane, so that the figures show a cross section through the exhaust gas line.
  • An inventive device according to a first embodiment is disposed at a position of the exhaust line, at the two pipes of the exhaust line abut each other and the transition is sealed by a sealing ring 2.
  • the inventive device of the first embodiment has a ring line 8, which extends at the height of the sealing ring 2 around the circumference of the exhaust line and is connected at at least one point with a supply line 10.
  • the supply line 10 is designed to supply the ring line 8 with the reducing agent to be injected, in this case a gaseous reducing agent, from an external source, not shown in FIG. 1.
  • the embodiment shown in Figure 1 has vertically extending webs 4 and horizontally extending webs 6, which form a rectangular grid in the interior of the exhaust system.
  • the rectangular arrangement of the webs 4, 6 is only an example and also arrangements are conceivable in which the webs 4, 6 are arranged at a different angle to each other and so form a pointed or obtuse-angled grid.
  • 6 mixer flaps 14 are attached, which are designed to divert the flowing perpendicular to the plane through the exhaust gas exhaust gases and in particular to swirl, so as homogeneous as possible
  • the mixer flaps 14 are designed such that they divert the exhaust gases flowing through the exhaust gas line alternately upwards and downwards; This achieves a particularly effective mixing of the exhaust gases with the injected reducing agent.
  • the hollow webs 4, 6 are in communication with the ring line 8 and have openings 12 in the interior of the exhaust gas line. Reductant fed through the feed line 10 of the ring line 8 flows from the ring line 8 into the cavities formed in the webs 4, 6 and from there through the openings. 12 in the exhaust line, where it mixes with the swirled by the mixer flaps 14 exhaust gases to reduce by means of a downstream of the device arranged, not shown in the figure 1 catalyst, the nitrogen oxides contained in the exhaust gases.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of a device according to the invention.
  • the hollow elements 18 are formed as three concentrically arranged around the center of the exhaust line rings which are connected by a radially extending from the outer periphery to the center of the exhaust line feed line 10 are.
  • the supply line 10 leads the reducing agent from an external, not shown, source to the ring-shaped hollow elements 18.
  • the annular hollow elements each have a number of openings 12, through which the reducing agent flows from the annular hollow elements 18 into the exhaust gas line.
  • mixer blades 14 are arranged to deflect the exhaust gases flowing through the exhaust line, and in particular to swirl to effect a uniform distribution of the supplied reducing agent with the exhaust gases.
  • mixer blades 14 are arranged to deflect the exhaust gases flowing through the exhaust line, and in particular to swirl to effect a uniform distribution of the supplied reducing agent with the exhaust gases.
  • Figure 3 shows a third embodiment of a device according to the invention, which is arranged at the height of a flange 3, which is formed on an exhaust line.
  • the flange 3 has in its outer region a number of holes 5, through which the flange 3 can be screwed to a second flange.
  • a ring line 8 extending around the exhaust gas line is formed, which can be supplied with the reducing agent to be injected via a radial inlet 10.
  • the hollow elements 18 can all have the same length or, as shown in FIG. 3, different lengths and are each provided with a plurality of openings 12 formed, through which the reducing agent to be injected, which has been supplied to the radial hollow elements 18 through the inlet 10 and the ring line 8, can flow from the hollow elements 18 into the exhaust gas line.
  • Figure 4 shows another embodiment of a device according to the invention, in which the hollow elements 18 are arranged comb-like.
  • the hollow elements 18 extend from the supply line 10 essentially parallel to one another through the exhaust gas line. It is understood that the hollow elements 18 can also be at a certain angle to each other.
  • comb-like arranged hollow elements 18 may be fixed by webs, not shown in the figure 4 at the periphery of the exhaust line to increase the mechanical stability of the device.
  • the hollow elements 18 each have a plurality of openings 12, passes through the injected reducing agent in operation from the hollow elements 18 in the exhaust line.
  • These openings 12 may also be aligned parallel, obliquely and / or at a right angle to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust gas line.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • the device according to the fifth embodiment comprises a single hollow member 18 which extends in a spiral or helical shape from an outer region of the exhaust line to its center.
  • a feed line 10 formed at an outer end of the hollow element 18 the hollow element 18 is supplied with the reducing agent to be injected.
  • the reducing agent flows through the spiral element 18 from an outer peripheral portion of the exhaust line toward the center thereof.
  • openings 12 formed along the hollow element 18 a portion of the supplied reducing agent enters the exhaust gas line so that the reducing agent is introduced uniformly over the entire cross section into the exhaust gas line in order to achieve the most homogeneous possible mixing of the reducing agent with the exhaust gases in the exhaust gas line.
  • the screw or spiral hollow element 18 shown in FIG. 5 has approximately three turns. However, this is only an example and the number of turns can be suitably selected depending on the diameter of the exhaust line and the diameter of the hollow element 18.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a device according to the invention, which likewise has a helical element or spiral-shaped hollow element 18 which extends in a plane of the exhaust gas line which is oriented at right angles to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust gas line.
  • the feed line 10 through which the reducing element to be introduced is fed, extends radially from the outer region of the exhaust gas line to its center, where it merges into the hollow element 18, so that the fuel injected Reducing agent is supplied to the hollow member 18 through the supply line 10 in the center of the exhaust line, and flows through the hollow member 18 spirally to the outside.
  • a portion of the reducing agent passes through formed in the hollow member 18 openings 12 in the exhaust line.
  • regions of the hollow element 18 which are adjacent to one another in the radial direction are connected to one another by webs 20 running in the radial direction in order to increase the mechanical stability of the device and in particular of the hollow element 18.
  • 5 and 6 may additionally be arranged on the webs 20, as shown in FIGS. 1 and 2, in order to influence the exhaust gas flow in the exhaust gas line and to achieve better mixing of the exhaust gases with the injected reducing agent.
  • the openings 12 can be arranged both parallel to the flow direction of the exhaust gases in the exhaust gas system and at any desired, in particular right angle to the flow direction of the exhaust gases. be net in order to achieve an optimal, in particular homogeneous mixing of the injected reducing agent with the exhaust gases flowing through the exhaust line.
  • the openings 12 preferably have a diameter which is in each case smaller than one tenth of the diameter of the respective hollow element 4, 6, 18 in order to keep the pressure drop in the hollow element 4, 6, 18 as low as possible over its course and thus a uniform introduction of the reducing agent to ensure in the exhaust system.
  • a device according to the invention makes it possible to effectively introduce a gaseous reducing agent into the exhaust gas line of an internal combustion engine, thereby achieving a very even distribution of the reducing agent in the exhaust gas line.
  • the invention is not limited to the embodiments shown in the figures, but includes all embodiments that fall within the scope of the following claims.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors mit wenigstens einem in dem Abgasstrang angeordneten Hohlelement (4, 6; 18) und wenigstens einer Zuleitung, die ausgebildet ist, um dem Hohlelement (4, 6; 18) Reduktionsmittel zuzuführen. Das wenigstens eine Hohlelement (4, 6; 18) erstreckt sich in einer Ebene, die quer zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist. In dem Hohlelement (4, 6; 18) ist wenigstens eine Öffnung (12) ausgebildet, die es ermöglicht, das Reduktionsmittel aus dem Hohlelement (4, 6; 18) in den Abgasstrang einzuführen.

Description

Beschreibung Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrang zu erreichen.
Stand der Technik:
Bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ist die Einhaltung von Grenzwerten für die Schadstoffemissionen oberstes Ziel. Gerade bei Dieselmotoren ist eine NOx-Reduzierung zwingend erforderlich, um die vorgegebenen Grenzwerte einzuhalten.
Eine Möglichkeit der NOx-Reduzierung ist die selektive katalytische Reduktion (SCR). Bei diesem System wird eine Harnstoffwasserlösung in den Abgastrakt eingesprüht. In den heißen Abgasen entwickelt sich Ammoniakgas, mit dem die Stickoxide selektiv reduziert werden können.
Die Harnstoffwasserlösung kann auf verschiedene Art und Weise dem Abgas zugegeben werden. Alternativ kann den Abgasen statt einer Harnstoffwasserlösung auch Ammoniak in Gasform zugeführt werden.
DE 197 38 859 A1 zeigt eine Gemischabgabevorrichtung für ein Abgassystem, bei der ein ringförmiger Sprühkörper, der einen umlaufenden Verteilerkanal sowie mehrere Sprühkanäle aufweist, in den Abgasstrang eingebracht wird. Über eine Gemischzuführungsleitung wird ein Gemisch aus Druckgas und Harnstoff- Wasser-Lösung zugeführt und stromaufwärts des Katalysators in die Abgasströmung eingebracht. Offenbarung der Erfindung:
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Reduktionsmittels, insbesondere einen gasförmigen Reduktionsmittels wie beispielsweise Ammoniak, in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, mit der eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrang erreicht wird.
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem unabhängigen Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach dem Patentanspruch 10 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 9 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors weist wenigstens ein in dem Abgasstrang angeordnetes Hohlelement und wenigstens eine Zuleitung auf, die ausgebildet ist, um dem Hohlelement Reduktionsmittel zuzuführen. Das wenigstens eine Hohlelement erstreckt sich in einer Ebene, die quer zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist. In dem Hohlelement ist wenigstens eine Öffnung ausgebildet, die es ermöglicht, dass Reduktionsmittel aus dem Hohlelement in den Abgasstrang strömt.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hohlelemente und Öffnungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird beim Einbringen des gasförmigen Reduktionsmittels in den Abgasstrang eine gleichmäßige Verteilung der Konzentration des Reduktionsmittels im Abgasstrang erreicht. Insbesondere bei kurzen Mischstrecken hat dies eine Steigerung des Wirkungsgrades zur Folge. Bei direkter Dosierung von Ammoniak muss ein im Abgasstrang angeordneter Katalysator keine Thermo-/bzw. Hydrolyse durchführen, was insbesondere bei niedrigen Temperaturen vorteilhaft ist.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren des Einbringens eines insbesondere gasförmigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren insbesondere einschließt, das insbesondere gasförmige Reduktionsmittel durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in den Abgasstrang einzubringen. Durch das erfindungsgemäße Einbringen eines insbesondere gasförmigen Reduktionsmittels wird eine besonders homogene Vermischung des eingebrachten Reduktionsmittels mit den Abgasen, die durch den Abgasstrang strömen, erreicht. Dies ermöglicht eine besonders effektive Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Stickoxide über den gesamten Querschnitt des Abgasstrangs.
In einer Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Öffnung auf, die so ausgerichtet ist, dass das Reduktionsmittel parallel zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang aus dem Hohlelement in den
Abgasstrang strömen kann. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine der Öffnungen so ausgerichtet sein, dass das Reduktionsmittel mit einer Querkomponente, insbesondere in einem rechten Winkel, zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang in den Abgasstrang strömt. Durch die Ausrichtung der Öff- nungen, durch die das Reduktionsmittel aus dem Hohlelement austritt und in den
Abgasstrang strömt, kann der Einströmwinkel, in dem das Reduktionsmittel aus dem Hohlelement in den Abgasstrang einströmt, geeignet eingestellt werden, um eine optimale und insbesondere besonders gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen im Abgasstrang zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist das wenigstens eine Hohlelement schneckenförmig ausgebildet, so dass es sich spiralförmig vom Zentrum des Abgasstrangs in seinen Randbereich erstreckt. Dabei ist das Hohlelement vorzugsweise in einer Ebene angeordnet, die quer, insbesondere senkrecht, zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist. Durch ein Schnecken- bzw. spiralförmig ausgebildetes Hohlelement kann der gesamte Querschnitt des Abgasstrangs durch ein einziges Hohlelement abgedeckt werden. Mit einem einzigen Hohlelement lässt sich eine gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrang erreichen. Die Kosten für zusätzliche Hohlelemente und deren Montage können eingespart werden.
Das Reduktionsmittel kann dem Hohlelement im Zentrum des Abgasstrangs zugeführt werden, so dass es durch das Schnecken- bzw. spiralförmige Hohlelement in die äußeren Bereiche des Abgasstrangs strömt. Alternativ kann das Re- duktionsmittel dem Schnecken- bzw. spiralförmigen Hohlelement an dessen äußerem Ende zugeführt werden, so dass es durch das Hohlelement in Richtung des Zentrums des Abgasstrangs strömt. Entlang des Verlaufs des Hohlelements sind Öffnungen ausgebildet, durch die im Betrieb jeweils ein Teil des Redukti- onsmittels aus dem Hohlelement in den Abgasstrang strömt und das Reduktionsmittel gleichmäßig über den gesamten Querschnitt des Abgasstrangs verteilt wird. In einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich das wenigstens eine Hohlelement in radialer Richtung durch den Querschnitt des Abgasstrangs. Entlang des Verlaufs des Hohlelements sind Öffnungen ausgebildet, durch die im Betrieb jeweils ein Teil des Reduktionsmittels aus dem Hohlelement in den Abgasstrang strömt. Durch ein sich in radialer Richtung durch einen Querschnitt des Abgasstrangs erstreckendes Hohlelement können verschiedene Bereiche in unterschiedlichen radialen Abständen vom Zentrum bzw. dem Umfang des Abgasstrangs gleichmäßig mit Reduktionsmittel versorgt werden.
In einer Ausführungsform sind mehrere Hohlelemente vorgesehen, und die Hohl- elemente sind vorzugsweise in Form eines Gitters angeordnet, das quer, insbesondere in einem rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist. In jedem der Hohlelemente ist eine Anzahl von Öffnungen vorgesehen, die einen Austritt von Reduktionsmittel in den Abgasstrang ermöglichen.
Durch gitterförmig angeordnete Hohlelemente, in denen jeweils mehrere Öffnungen ausgebildet sind, lässt sich der Querschnitt des Abgasstrangs besonders gleichmäßig mit Reduktionsmittel versorgen, so dass eine besonders homogene Durchmischung der Abgase im Abgasstrang mit dem zugeführten Reduktionsmit- tel erreicht werden kann.
In einer Ausführungsform sind an und/oder zwischen den Hohlelementen Mischerklappen angeordnet, die ausgebildet sind, um die Abgasströmung im Abgasstrang ab- bzw. umzulenken. Durch derartige Mischerklappen, welche die Abgasströmung im Abgasstrang ab- bzw. umlenken, kann die Durchmischung der Abgase mit dem Reduktionsmittel verbessert werden, um eine möglichst homogene Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist eine ringförmige Zuleitung vorgesehen, die ausge- bildet ist, um dem Hohlelement bzw. den Hohlelementen das in den Abgasstrang einzuführende Reduktionsmittel zuzuführen. Eine ringförmige Zuleitung kann innerhalb oder außerhalb des Abgasstrangs ausgebildet sein. Durch eine ringförmige Zuleitung ist das Reduktionsmittel besonders gleichmäßig den im Abgas- sträng angeordneten Hohlelementen zuführbar, wodurch eine besonders homogene Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrang erreicht wird.
In einer Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels an einem Dichtungsring oder Flansch, der in der Abgaslei- tung angeordnet ist, angebracht. An einem im Abgasstrang angeordneten Dichtungsring und/oder Flansch kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung besonders einfach und kostengünstig montiert werden. Insbesondere können zusätzliche Unterbrechungen (Schnitte) in der Abgasleitung, die zu Leck führen können, vermieden werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In den Figuren 1 bis 6 erstreckt sich der Abgasstrang jeweils senkrecht zu Zeichenebene, so dass die Figuren einen Querschnitt durch den Abgasstrang zeigen.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder gleichartige Komponenten. Eine Beschreibung der Komponenten erfolgt jeweils nur für die erste Ausführungsform, wobei es sich versteht, dass für die folgenden Ausführungsformen jeweils dieselbe Beschreibung gilt, solange es nicht ausdrücklich anders gesagt ist. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wie es in der Figur 1 gezeigt ist, ist an einer Stelle des Abgasstrangs angeordnet, an der zwei Rohrleitungen des Abgasstrangs aneinander stoßen und der Übergang durch einen Dichtungsring 2 abgedichtet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels weist eine Ringleitung 8 auf, die sich auf der Höhe des Dichtungsrings 2 um den Umfang des Abgasstrangs erstreckt und an wenigstens einer Stelle mit einer Zuleitung 10 verbunden ist. Die Zuleitung 10 ist ausgebildet, um der Ringleitung 8 das einzu- spritzende Reduktionsmittel, in diesem Fall ein gasförmiges Reduktionsmittel, von einer externen, in der Fig. 1 nicht gezeigten Quelle zuzuführen.
Einander gegenüber liegende Stellen der Ringleitung 8 sind durch hohl ausgebildete Stege 4, 6, die durch in der Dichtung 2 ausgebildete Durchbrüche in den Abgasstrang eintreten und sich durch diesen erstrecken, miteinander verbunden.
Das in der Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist senkrecht verlaufende Stege 4 und waagrecht verlaufende Stege 6 auf, die im Inneren des Abgasstrangs ein rechtwinkliges Gitter bilden. Die rechtwinklige Anordnung der Stege 4, 6 ist jedoch nur beispielhaft und es sind auch Anordnungen denkbar, in denen die Stege 4, 6 in einem anderen Winkel zueinander angeordnet sind und so ein spitz- bzw. stumpfwinkliges Gitter bilden.
An den Stegen 4, 6 sind Mischerklappen 14 befestigt, die ausgebildet sind, um die senkrecht zur Zeichenebene durch den Abgasstrang strömenden Abgase ab- zulenken und insbesondere zu verwirbeln, um so eine möglichst homogene
Durchmischung der Abgase im Abgasstrang mit dem eingespritzten Reduktionsmittel zu bewirken.
In dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Mischerklappen 14 derart ausgebildet, dass sie die durch den Abgasstrang strömenden Abgase jeweils abwechselnd nach oben und unten ablenken; dadurch wird eine besonders effektive Durchmischung der Abgase mit dem eingespritzten Reduktionsmittel erreicht. Die hohl ausgebildeten Stege 4, 6 stehen in Verbindung mit der Ringleitung 8 und weisen im Inneren des Abgasstrangs Öffnungen 12 auf. Durch die Zuleitung 10 der Ringleitung 8 zugeführtes Reduktionsmittel strömt von der Ringleitung 8 in die in den Stegen 4, 6 ausgebildeten Hohlräume und von dort durch die Öffnun- gen 12 in den Abgasstrang, wo es sich mit dem durch die Mischerklappen 14 verwirbelten Abgasen vermischt, um mit Hilfe eines stromabwärts der Vorrichtung angeordneten, in der Figur 1 nicht gezeigten Katalysators die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide zu reduzieren.
Figur 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Anstelle von Stegen 4, 6, die in Form eines rechtwinkligen Gitters angeordnet sind, sind die Hohlelemente 18 als drei konzentrisch um das Zentrum des Abgasstrangs angeordnete Ringe ausgebildet, die durch eine radial vom äu- ßeren Umfang zum Zentrum des Abgasstrangs verlaufende Zuleitung 10 miteinander verbunden sind. Die Zuleitung 10 führt das Reduktionsmittel von einer externen, nicht gezeigten Quelle den ringförmig ausgebildeten Hohlelementen 18 zu. Die ringförmigen Hohlelemente weisen jeweils eine Anzahl von Öffnungen 12 auf, durch die das Reduktionsmittel aus den ringförmigen Hohlelementen 18 in den Abgasstrang strömt. Zwischen den ringförmigen Hohlelementen 18 sind Mischerklappen 14 angeordnet, um die Abgase, die durch den Abgasstrang strömen, umzulenken und insbesondere zu verwirbeln, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung des zugeführten Reduktionsmittels mit den Abgasen zu bewirken. In radialer Richtung verlaufende Stege 20, welche die ringförmigen Hohlelemente
18 miteinander verbinden, erhöhen die Festigkeit und insbesondere die Steifigkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die auf der Höhe eines Flansches 3, der an einem Abgasstrang ausgebildet ist, angeordnet ist. Der Flansch 3 weist in seinem äußeren Bereich eine Anzahl von Bohrungen 5 auf, durch die der Flansch 3 mit einem zweiten Flansch verschraubbar ist.
Auf der in radialer Richtung inneren Seite des Flansches 3 ist eine um den Abgasstrang verlaufende Ringleitung 8 ausgebildet, die über einen radialen Zulauf 10 mit dem einzuspritzenden Reduktionsmittel versorgbar ist. Von der Ringleitung 8 zweigen mehrere radiale Hohlelemente 18 ab, die sich vom Umfang in Richtung auf das Zentrum des Abgasstrangs erstrecken. Die Hohlelemente 18 können alle die gleiche Länge oder, wie in der Figur 3 gezeigt, unterschiedliche Längen haben und sind jeweils mit mehreren Öffnungen 12 ausgebildet, durch die das einzuspritzende Reduktionsmittel, das den radialen Hohlelementen 18 durch den Zulauf 10 und die Ringleitung 8 zugeführt worden ist, aus den Hohlelementen 18 in den Abgasstrang einströmen kann. Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in der die Hohlelemente 18 kammartig angeordnet sind. In dem in Figur 4 gezeigten Beispiel erstrecken sich die Hohlelemente 18 ausgehend von der Zuleitung 10 im Wesentlichen parallel zueinander durch den Abgasstrang. Es versteht sich, dass die Hohlelemente 18 auch in einem gewissen Winkel zueinander stehen können.
Die von der Zuleitung 10 ausgehenden, kammartig angeordneten Hohlelemente 18 können durch in der Figur 4 nicht gezeigte Stege am Umfang des Abgasstrangs fixiert sein, um die mechanische Stabilität der Vorrichtung zu erhöhen.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel weisen die Hohlelemente 18 jeweils mehrere Öffnungen 12 auf, durch die das einzuspritzende Reduktionsmittel im Betrieb aus den Hohlelementen 18 in den Abgasstrang gelangt. Auch diese Öffnungen 12 können parallel, schräg und/oder in einem rechten Winkel zur Strömungsrich- tung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet sein.
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist ein einziges Hohlelement 18 auf, das sich spiral- bzw. schneckenförmig von einem äußeren Bereich des Abgasstrangs in sein Zentrum erstreckt. Über eine an einem äußeren Ende des Hohlelements 18 ausgebildete Zuleitung 10 wird dem Hohlelement 18 das einzuspritzende Reduktionsmittel zugeführt. Das Reduktionsmittel strömt durch das Schnecken- bzw. spiralförmige Hohlelement 18 von einem äußeren Umfangsbereich des Abgasstrangs in Richtung dessen Zentrums. Durch entlang des Hohlelements 18 ausgebildete Öffnungen 12 gelangt jeweils ein Teil des zugeführten Reduktionsmittels in den Abgasstrang, so dass das Reduktionsmittel gleichmäßig über den gesamten Querschnitt in den Abgasstrang eingebracht wird, um eine möglichst homogene Vermischung des Reduktionsmittels mit den Abgasen im Abgasstrang zu erreichen.
In radialer Richtung benachbarte Bereiche des schneckenförmigen Hohlelements 18 sind durch sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Stege 20 miteinander verbunden, um die mechanische Stabilität des Schnecken- bzw. spi- ralförmigen Hohlelements 18 zu erhöhen. Insbesondere ist ein derartiges Hohlelement 18, das durch in radialer Richtung verlaufende Stege 20 verstärkt wird, widerstandsfähig gegenüber Kräften, die durch die Abgasströmung im Abgasstrang auf das Hohlelement 18 ausgeübt werden.
Das in der Figur 5 gezeigte Schnecken- bzw. spiralförmige Hohlelement 18 weist in etwa drei Windungen auf. Dies ist jedoch nur beispielhaft und die Anzahl der Windungen kann in Abhängigkeit vom Durchmesser des Abgasstrangs und dem Durchmesser des Hohlelements 18 geeignet gewählt werden.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die ebenfalls ein Schnecken- bzw. spiralförmig ausgebildetes Hohlelement 18 aufweist, das sich in einer Ebene des Abgasstrangs erstreckt, die in einem rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist.
Im Gegensatz zu dem in der Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Zuleitung 10, durch die dem Hohlelement 18 das einzuführende Reduktionsmittel zugeführt wird, radial vom äußeren Bereich des Abgasstrangs zu dessen Zent- rum und geht dort in das Hohlelement 18 über, so dass das einzuspritzende Reduktionsmittel dem Hohlelement 18 durch die Zuleitung 10 im Zentrum des Abgasstrangs zugeführt wird, und durch das Hohlelement 18 spiralförmig nach außen strömt. Dabei gelangt jeweils ein Teil des Reduktionsmittels durch in dem Hohlelement 18 ausgebildete Öffnungen 12 in den Abgasstrang.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind Bereiche des Hohlelements 18, die in radialer Richtung einander benachbart sind, durch in radialer Richtung verlaufende Stege 20 miteinander verbunden, um die mechanische Stabilität der Vorrichtung und insbesondere des Hohlelements 18 zu erhöhen.
An den Stegen 20 können zusätzlich in den Figuren 5 und 6 nicht gezeigte Mischerklappen angeordnet sein, wie sie in den Figuren 1 und 2 gezeigt sind, um die Abgasströmung im Abgasstrang zu beeinflussen und eine bessere Vermischung der Abgase mit dem eingespritzten Reduktionsmittel zu erreichen.
In allen gezeigten Ausführungsbeispielen können die Öffnungen 12 sowohl parallel zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang als auch in einem beliebigen, insbesondere rechten Winkel zur Strömungsrichtung der Abgase angeord- net sein, um eine optimale, insbesondere homogene Vermischung des eingespritzten Reduktionsmittels mit den durch den Abgasstrang strömenden Abgasen zu erreichen.
Die Öffnungen 12 haben vorzugsweise einen Durchmesser, der jeweils kleiner als ein Zehntel des Durchmessers des jeweiligen Hohlelements 4, 6, 18 ist, um den Druckabfall im Hohlelement 4, 6, 18 über seinen Verlauf möglichst gering zu halten und so ein gleichmäßiges Einbringen des Reduktionsmittels in den Abgasstrang zu gewährleisten.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wie sie beispielhaft in den Figuren 1 bis 6 gezeigt ist, ermöglicht es, ein gasförmiges Reduktionsmittel effektiv in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einzubringen und dabei eine sehr gleichmäßige Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrang zu erreichen. Die Erfindung ist dabei nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle Ausführungsformen, die unter den Schutzbereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, mit
wenigstens einem in dem Abgasstrang angeordneten Hohlelement (4, 6; 18), wobei in dem Hohlelement (4, 6; 18) wenigstens eine Öffnung (12) ausgebildet ist, die es ermöglicht, das Reduktionsmittel aus dem Hohlelement (4, 6; 18) in den Abgasstrang einzuführen, und
wenigstens einer Zuleitung, die ausgebildet ist, um dem Hohlelement (4, 6; 18) das Reduktionsmittel zuzuführen,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich das wenigstens eine Hohlelement (4, 6; 18) in einer Ebene erstreckt, die quer zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang ausgerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die wenigstens eine Öffnung (12) so ausgerichtet ist, dass das Reduktionsmittel parallel zur Strömungsrichtung der Abgase aus dem Hohlraum (4, 6; 18) in den Abgasstrang einströmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei wenigstens eine Öffnung (12) so ausgerichtet ist, dass das Reduktionsmittel mit einer Querkomponente zur Strömungsrichtung der Abgase im Abgasstrang, insbesondere rechtwinkelig, aus dem Hohlraum (4, 6; 18) in den Abgasstrang einströmt.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Hohlelement (18) schneckenförmig ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Hohlelement (18) in radialer Richtung durch den Abgasstrang erstreckt.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hohlelemente (4, 6) vorgesehen sind und die Hohlele- mente (4, 6) in Form eines Gitters quer zur Strömungsrichtung der Abgase in dem Abgasstrang angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer ringförmigen Zuleitung (8), die entlang des Umfangs des Abgasstrangs angeordnet und ausgebildet ist, um dem wenigstens einen Hohlelement (4, 6; 18) das Reduktionsmittel zuzuführen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung Mischerklappen (14) aufweist, die ausgebildet sind, um die Abgasströmung im Abgasstrang zu beeinflussen und insbesondere abzulenken.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung an einem Flansch (3) oder einem Dichtungsring (2) des Abgasstrangs angeordnet ist.
10. Verfahren des Einbringens eines Reduktionsmittels, insbesondere eines gasförmigen Reduktionsmittels, in einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren einschließt, das gasförmige Reduktionsmittel durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in den Abgasstrang einzubringen.
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