DE102006059761A1 - Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Abstract

Ein Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine hat wenigstens ein Leitelement (20) zur Strömungsbeeinflussung, wobei das Abgasrohr (14) eine Krümmung hat und das Leitelement (20) im Bereich der Krümmung an der Kurveninnenseite (16) und/oder an der Kurvenaußenseite (18) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine.
  • Bei modernen Abgassystemen ist es manchmal erforderlich, in den Abgasstrom eine oxidierbare Flüssigkeit einzubringen, um bestimmte Reaktionen hervorzurufen. Beispielsweise kann stromaufwärts eines SCR-Katalysators Harnstoff eingespritzt werden, um Ammoniak als Reduktionsmittel für die im Abgas vorhandenen Stickoxide bereitzustellen. Auch kann stromaufwärts eines Partikelfilters Reduktionsmittel wie zum Beispiel Kraftstoff zugeführt werden, um die im Filter zurückgehaltenen Partikel kontrolliert abzubrennen. Allgemein gilt dabei, daß die einzubringende Flüssigkeit möglichst homogen im Abgasstrom verteilt werden soll, damit eine gleichmäßige Wirkung eintritt. Auch soll verhindert werden, daß sich die Flüssigkeit an den Rohrwänden absetzt, was Korrosion verursachen könnte.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, mit geringem Aufwand und hoher Zuverlässigkeit eine gleichmäßige Verteilung einer eingebrachten Flüssigkeit im Abgasstrom zu erreichen.
  • Zu diesem Zweck sieht die Erfindung ein Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine vor mit wenigstens einem Leitelement zur Strömungsbeeinflussung, wobei das Abgasrohr eine Krümmung hat und das Leitelement im Bereich der Krümmung an der Kurveninnenseite und/oder an der Kurvenaußenseite angeordnet ist. Durch das Leitelement, das im Bereich der Krümmung angeordnet ist, wird dem gesamten Abgasstrom im Inneren des Rohres ein Drall erteilt, der zu einer guten Verwirbelung und somit zu einer guten Verteilung einer in den Abgasstrom eingespritzten Flüssigkeit führt. Zudem wird eine Verunreinigung der Rohrwände durch die Flüssigkeit, etwa durch ein Festsetzen der Flüssigkeit an den Rohrwänden, vermieden. Ferner werden durch die Verwirbelung des Abgasstromes Tröpfchen der Flüssigkeit in kleinere Teile gespalten, wobei beim Spalten der Tröpfchen eine reaktionsarme Schicht, die die Tröpfchen umgibt, zerstört wird. Die kleineren Teile verdampfen schneller. Bei einem SCR-Katalysator, bei dem die eingespritzte Flüssigkeit Harnstoff ist, wird so früher Ammoniak freigesetzt, der als Reduktionsmittel für die im Abgas vorhandenen Stickoxide wirkt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Leitelement an der Kurveninnenseite vorgesehen und in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet. Aufgrund des spitzen Winkels zwischen dem Leitelement und der Strömungsrichtung wird der Abgasstrom (in Strömungsrichtung gesehen) zu einer besseren Durchmischung angeregt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Leitelement an der Kurvenaußenseite vorgesehen und in einem stumpfen Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet. Da das Leitelement in einem stumpfen Winkel zur Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet ist, wird der Abgasstrom an der Kurvenaußenseite in Richtung der Seitenwände des Rohres gelenkt. Dadurch wird verhindert, daß sich die oxidierbare Flüssigkeit an der Kurvenaußenseite absetzt.
  • Zur Unterstützung der Verwirbelung des Abgasstroms besteht das Leitelement aus zwei Teilen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Leitelement in das Abgasrohr geprägt. Das Abgasrohr und das Leitelement sind also einstückig ausgebildet.
  • Das Leitelement kann alternativ aus einem separaten Metallteil geformt sein. Das Leitelement wird separat in einem Metallteil geprägt, anschließend in das Abgasrohr eingebracht und dort z. B. durch Schweißen befestigt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen Teil einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgasrohr,
  • 2 in vergrößertem Maßstab den mit X bezeichneten Bereich von 1,
  • 3 eine abgewickelte Ansicht des kurveninnenseitigen Abschnittes des Abgasrohres mit Leitelementen,
  • 4 eine abgewickelte Ansicht des kurvenaußenseitigen Abschnittes des Abgasrohres mit Leitelementen,
  • 5 eine Detailansicht eines der Leitelemente von 4 im Abgasrohr, und
  • 6 eine Darstellung der Strömungsverhältnisse im Abgasrohr, aus der die Verwirbelung des Abgasstromes ersichtlich wird.
  • In 1 ist ein Teil einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine gezeigt. Insbesondere zeigt 1 einen SCR-Katalysator 10, der von einem Abgasstrom in Strömungsrichtung A durchströmt wird. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 10 wird eine oxidierbare Flüssigkeit über eine Einspritzdüse 12 in den in einem Abgasrohr 14 strömenden Abgasstrom eingespritzt. Die oxidierbare Flüssigkeit ist z. B. Harnstoff, so daß Ammoniak als Reduktionsmittel für die im Abgas vorhandenen Stickoxide bereitgestellt wird.
  • Das Abgasrohr 14 ist in 2 in einem Teilbereich dargestellt, in dem das Abgasrohr 14 gekrümmt ist. 3 und 4 zeigen das Abgasrohr 14 abgewickelt; und zwar 3 einen Abschnitt des Abgasrohres 14 im Bereich einer Kurveninnenseite 16 und 4 einen Abschnitt des Abgasrohres 14 im Bereich einer Kurvenaußenseite 18.
  • Sowohl an der Kurveninnenseite 16 als auch an der Kurvenaußenseite 18 sind Leitelemente 20 vorgesehen, die den Abgasstrom verwirbeln und dabei die eingespritzte, oxidierbare Flüssigkeit gleichmäßig im Abgasstrom verteilen. Ferner verhindern die Leitelemente 20 eine Verunreinigung der Rohrwände durch die eingebrachte Flüssigkeit, indem ein Festsetzen der Flüssigkeit an den Rohrwänden vermieden wird.
  • Das an der Kurveninnenseite 16 angeordnete Leitelement 20 (3) besteht aus zwei Teilen, die jeweils in einem spitzen Winkel α zur Strömungsrichtung A des Abgasstromes angeordnet sind. Die beiden Teile des Leitelementes 20 nähern sich in Strömungsrichtung A aneinander an, wobei eine Öffnung bzw. ein Abstand 22 zwischen den beiden Teilen gebildet ist. Der Abgasstrom mit der eingespritzten, oxidierbaren Flüssigkeit wird von den Leitelementen 20 in Richtung der Öffnung 22 gelenkt. Die Leitelemente 20 bewirken also ein (in Strömungsrichtung A gesehen) Zusammenströmen des Abgasstromes.
  • Das an der Kurvenaußenseite 18 angeordnete Leitelement 20 (4 und 5) besteht aus zwei Teilen, die jeweils in einem stumpfen Winkel β zur Strömungsrichtung A angeordnet sind. Das Leitelement 20 hat eine gedrehte V-förmige Gestalt. Die beiden Teile des Leitelements 20 treffen sich nämlich in einem Punkt und entfernen sich in Strömungsrichtung A voneinander, wodurch der Abgasstrom von dem Leitelement 20 nach außen zu den Seitenwänden des Rohres gelenkt wird. Da die beiden Teile des Leitelementes 20 sich in einem Punkt treffen, wird die in Tröpfchenform vorliegende Flüssigkeit bei einem Aufprall in kleinere Teile gespalten. Aufgrund der Aufspaltung der Tröpfchen können diese schneller verdampfen. 5 zeigt die Strömungsverhältnisse an der Kurvenaußenseite 18.
  • Obwohl an der Kurveninnenseite und an der -außenseite 16, 18 nur drei hintereinander angeordnete Leitelemente 20 gezeigt sind, könnten auch mehrere Leitelemente 20, die nicht in einer Flucht liegen, angeordnet sein.
  • Die Leitelemente 20 können entweder direkt in die Rohrwand geprägt werden oder in einem separaten Metallteil geformt und anschließend beispielsweise durch Schweißen an der Rohrwand befestigt werden.
  • Durch die Anordnung der Leitelemente 20 werden Verwirbelungen des Abgasstromes erreicht, wie sie in 6 gezeigt sind. Der Abgasstrom mit der eingespritzten Flüssigkeit strömt entlang der Rohrwand (bezüglich 6) nach oben zur Kurvenaußenseite 18. Anschließend strömt der Abgasstrom mittig in Richtung der Kurveninnenseite 16, wobei er von dort wieder entlang der Rohrwand in Richtung der Kurvenaußenseite 18 strömt. Es entstehen zwei Ströme, die jeweils von der Mitte aus zu der jeweiligen seitlichen Rohrwand strömen. Die Geschwindigkeit des Abgasstromes ist insbesondere an der Kurvenaußenseite 18 und im Bereich nahe der Kurvenaußenseite 18 am höchsten.
  • Obwohl in der Beschreibung die eingespritzte Flüssigkeit Harnstoff ist, können die beschriebenen Leitelemente 20 auch bei anderen Flüssigkeiten verwendet werden, die in den Abgasstrom eingebracht werden.
    • 10
    SCR-Katalysator
    12
    Einspritzdüse
    14
    Abgasrohr
    16
    Kurveninnenseite
    18
    Kurvenaußenseite
    20
    Leitelement
    22
    Öffnung
    A
    Abgasstrom
    α
    spitzer Winkel
    β
    stumpfer Winkel

Claims (8)

  1. Abgasrohr für eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einem Leitelement (20) zur Strömungsbeeinflussung, wobei das Abgasrohr (14) eine Krümmung hat und das Leitelement (20) im Bereich der Krümmung an der Kurveninnenseite (16) und/oder an der Kurvenaußenseite (18) angeordnet ist.
  2. Abgasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (20) an der Kurveninnenseite (16) vorgesehen ist und in einem spitzen Winkel (α) zur Strömungsrichtung (A) angeordnet ist.
  3. Abgasrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (20) an der Kurvenaußenseite (18) vorgesehen ist und in einem stumpfen Winkel (β) zur Strömungsrichtung (A) angeordnet ist.
  4. Abgasrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (20) aus zwei Teilen besteht.
  5. Abgasrohr nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Teile des Leitelements (20) an der Kurveninnenseite (16) in Strömungsrichtung (A) aneinander annähern und eine Öffnung (22) zwischen den beiden Teilen gebildet ist.
  6. Abgasrohr nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Teile des Leitelements (20) an der Kurvenaußenseite (18) in Strömungsrichtung (A) voneinander entfernen.
  7. Abgasrohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (20) in das Abgasrohr (14) geprägt ist.
  8. Abgasrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitelement (20) aus einem separaten Metallteil geformt ist.
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