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DE102010045750B4 - Exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

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DE102010045750B4 DE102010045750.7A DE102010045750A DE102010045750B4 DE 102010045750 B4 DE102010045750 B4 DE 102010045750B4 DE 102010045750 A DE102010045750 A DE 102010045750A DE 102010045750 B4 DE102010045750 B4 DE 102010045750B4
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Abstract

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Erzeugung einer Drallströmung im Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer Drallströmung einen im Abgasstrang der Abgasanlage liegenden Rohrabschnitt (18) umfassen, der einen länglichen Querschnitt besitzt und in Art einer schraubenförmigen Wendel um die Mittellängsachse (20) des Rohrabschnitts (18) verdreht ist.Exhaust system of an internal combustion engine with means for generating a swirl flow in the exhaust stream, characterized in that the means for generating a swirl flow in the exhaust line of the exhaust system pipe section (18) comprise, which has an elongated cross-section and in the form of a helical coil about the central longitudinal axis (20 ) of the pipe section (18) is twisted.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Erzeugung einer Drallströmung im Abgasstrom.The present invention relates to an exhaust system of an internal combustion engine with means for generating a swirl flow in the exhaust stream.

Aufgrund strenger werdender Abgasvorschriften für Verbrennungsmotoren müssen Stickoxide (NOx) im Abgas reduziert werden. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, die Stickoxide in einer so genannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Dies erfolgt in einem so genannten SCR-Katalysator unter Verwendung eines in das Abgas eingedüsten Reduktionsmittels. Hierfür kann insbesondere ein Wasser-Harnstoff-Gemisch verwendet werden, dessen Harnstoff im Abgas zu Ammoniak zerfällt, das mit den Stickoxiden reagiert. Des Weiteren kann auch Flüssigkraftstoff in Form unterschiedlicher Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) in das Abgas eingedüst werden.Due to stricter exhaust gas regulations for internal combustion engines, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas must be reduced. A known possibility is to reduce the nitrogen oxides in a so-called selective catalytic reduction (SCR) to nitrogen and water. This takes place in a so-called SCR catalyst using a reducing agent injected into the exhaust gas. For this purpose, in particular a water-urea mixture can be used, the urea decomposes in the exhaust gas to ammonia, which reacts with the nitrogen oxides. Furthermore, liquid fuel in the form of different hydrocarbon compounds (HC) can also be injected into the exhaust gas.

Wünschenswert ist bei derartigen Reduktionsverfahren grundsätzlich, dass einerseits das Reduktionsmittel möglichst gleichmäßig mit dem Abgas vermischt wird und andererseits eine möglichst vollständige Verdampfung bzw. Thermolyse des flüssigen Reduktionsmittels erzielt wird, um einen hohen Wirkungsgrad bei der Reduktion sowie einen ablagerungsfreien Betrieb zu erreichen.It is desirable in such reduction methods in principle that on the one hand, the reducing agent is mixed as uniformly as possible with the exhaust gas and on the other hand the most complete evaporation or thermolysis of the liquid reducing agent is achieved in order to achieve high efficiency in the reduction and a deposit-free operation.

Die Verteilung des Fluids im Abgasstrom wird in der Regel durch eine Drallströmung unterstützt, die bisher durch in eine Rohrleitung des Abgasstrangs eingesetzte Drallerzeuger und Mischer erzeugt wird. Solche innenliegenden Drallerzeuger und Mischer sind jedoch nicht nur relativ aufwendig, sie bringen auch eine relativ hohe Querschnittsverblockung mit sich.The distribution of the fluid in the exhaust stream is usually supported by a swirl flow, which has been generated by previously used in a pipeline of the exhaust line swirl generator and mixer. However, such internal swirl generator and mixer are not only relatively expensive, they also bring a relatively high cross-sectional interlocking with it.

In der DE 100 38 796 A1 ist ein Modul für Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren mit Benzin-Dirketeinspitzung beschrieben, das ein als Drallrohr ausgebildetes Rohrstück umfasst, dessen Rohrwand gewindeartig profiliert ist.In the DE 100 38 796 A1 is a module for exhaust systems of internal combustion engines with gasoline Dirketeinspitzung described which comprises a tubing designed as a tube piece whose tube wall is profiled thread.

In der DE 102 01 044 A1 ist eine Abgasanlage für Verbrennungsmotoren beschrieben, die im Anschluss an einen vorgeschalteten Drallerzeuger ein wendelförmig profiliertes Rohr umfasst, mit dem die Umfangsgeschwindigkeitskomponente der Querströmung weiter vergrößert wird. Dabei ist das Rohr an seiner Innenseite mit einem nach innen vorstehenden wendelförmig verlaufenden Steg versehen.In the DE 102 01 044 A1 is described an exhaust system for internal combustion engines, which comprises a helical profiled pipe following an upstream swirler, with which the peripheral speed component of the cross flow is further increased. In this case, the tube is provided on its inside with an inwardly projecting helical ridge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor erwähnten Probleme beseitigt sind. Dabei sollen insbesondere der Aufwand für die Drallerzeugung reduziert und eine Querschnittsverblockung möglichst vermieden werden.The invention has for its object to provide an improved exhaust system of the type mentioned, in which the aforementioned problems are eliminated. In particular, the effort for the generation of swirls should be reduced and a cross-sectional block should be avoided as far as possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Mittel zur Erzeugung einer Drallströmung einen im Abgasstrang der Abgasanlage liegenden Rohrabschnitt umfassen, der einen länglichen Querschnitt besitzt und in Art einer schraubenförmigen Wendel um die Mittellängsachse des Rohrabschnitts verdreht ist.According to the invention, this object is solved by the features of claim 1. In this case, provision is made in particular for the means for generating a swirl flow to comprise a pipe section located in the exhaust line of the exhaust system, which has an oblong cross section and is twisted around the central longitudinal axis of the pipe section in the manner of a helical coil.

Aufgrund dieser Ausbildung kann eine jeweilige Drallströmung insbesondere auch ohne innen liegende Drallerzeuger und/oder Mischer nur durch die Formgebung der Rohrgeometrie erzeugt werden. Es ist somit insbesondere ein Ersatz eines herkömmlichen innen liegenden Mischers z. B. für SCR- und HCl-Anwendungen möglich.Due to this design, a particular swirl flow can be generated in particular even without internal swirl generators and / or mixers only by the shape of the tube geometry. It is thus in particular a replacement of a conventional internal mixer z. B. for SCR and HCl applications possible.

Zudem ergibt sich aufgrund der fehlenden Querschnittsverblockung ein geringerer Gegendruck. Dabei ist insbesondere eine CFD-basierte (CFD = computational fluid dynamics) Optimierung zur Vermeidung von Totwassergebieten möglich. Zusätzlich kann die Außenrohrgeometrie auch die Funktion eines Phasenabscheiders, Sekundärzerstäubers, Verdampfers und/oder Turbulenzgenerators, d. h. herkömmliche SCR-Mischerfunktionen erfüllen. Dabei ist eine Phasenabscheidung über einen relativ großen Querschnittsbereich möglich. So können, abhängig vom Längen-Breiten-Verhältnis des länglichen Querschnitts, beispielsweise über 50% der Querschnittsfläche ohne freien Durchgang sein. Mit einer solchen Rohrgeometrie kann insbesondere bei einer Verwendung von achsmittigen Hohlkegeldüsen zum Eindüsen des Fluids ein herkömmlicher Drallturbinenmischer ersetzt werden.In addition, due to the lack of cross-sectional blocking results in a lower back pressure. In particular, a CFD-based (CFD = computational fluid dynamics) optimization to avoid dead water areas is possible. In addition, the outer tube geometry may also function as a phase separator, secondary atomizer, evaporator and / or turbulence generator, i. H. meet conventional SCR mixer functions. In this case, a phase separation over a relatively large cross-sectional area is possible. For example, depending on the length-to-width ratio of the elongate cross-section, over 50% of the cross-sectional area may be without free passage. With such a tube geometry, a conventional swirl turbine mixer can be replaced, in particular when using center-hollow-cone nozzles for injecting the fluid.

Um die Querschnittsfläche zu 100% ”blickdicht” zu bekommen, ist z. B. auch eine Kombination des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts mit einem relativ kleinen, turbinenartige stationäre Gasumlenkschaufeln aufweisenden Nebenstromdrallerzeuger oder -mischer möglich. Damit sind praktisch alle marktgängigen Dosiersysteme wie z. B. Denoxtronic, Departronic usw. zum Eindüsen des Fluids einsetzbar. Unter einer 100% ”blickdichten” Querschnittsfläche ist zu verstehen, dass an keiner Stelle des Abgasrohrquerschnitts ein Durchblick von der Eintrittsseite der SCR- oder HCl-Strecke zu deren Austrittsseite möglich ist. Es ist also beispielsweise denkbar, im bisher frei durchgängigen Innenbereich des Abgasrohrquerschnitts einen kleinen Nebenstromdrallerzeuger oder -mischer mit turbinenartigen stationären Gasumlenkschaufeln zu verbauen, dessen Drallrichtung mit der des Außendrallmischers oder schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts übereinstimmt. Damit erhält man eine Abscheidung der Flüssigkeitströpfchen (Flüssigphasenabscheidung) zur Sekundärzerstäubung und Verdampfung über den gesamten Querschnitt des Abgasrohres, womit ein Durchschlagen nicht verdampfter Teilchen vermieden wird. Unter einem Nebenstromdrallerzeuger ist zu verstehen, dass ein Teil des Abgasmassenstroms seitlich an dem Drallerzeuger vorbeiströmt. Die Innenquerschnittsfläche des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts ist also größer als die Querschnittsfläche des Nebenstromdrallerzeugers.To get the cross-sectional area 100% "opaque", z. As well as a combination of the helically coiled pipe section with a relatively small, turbine-like stationary Gasumlenkschaufeln having sidestream swirler or mixer possible. Thus, virtually all marketable dosing systems such. As Denoxtronic, Departronic, etc. for injecting the fluid can be used. Under a 100% "opaque" cross-sectional area is to be understood that at any point of the exhaust pipe cross section, a view from the inlet side of the SCR or HCl line to its outlet side is possible. It is thus conceivable, for example, to incorporate a small sidestream swirler or mixer with turbine-type stationary gas deflecting vanes in the previously freely continuous interior region of the exhaust pipe cross-section, the swirl direction of which coincides with that of the external swirl mixer or helically coiled pipe section. This results in a separation of the liquid droplets ( Liquid phase separation) for secondary atomization and evaporation over the entire cross section of the exhaust pipe, thus avoiding penetration of non-vaporized particles. A sidestream twist generator is to be understood as meaning that part of the exhaust gas mass flow flows past the swirl generator laterally. The inner cross-sectional area of the helically coiled tube section is thus greater than the cross-sectional area of the bypass current twist generator.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage besitzt der schraubenförmig gewendelte Rohrabschnitt einen zwei zueinander senkrechte Symmetrieachsen aufweisenden Querschnitt. Dabei kann der Querschnitt insbesondere elliptisch oder rechteckig sein.According to a preferred practical embodiment of the exhaust system according to the invention, the helically coiled pipe section has a cross-section having two mutually perpendicular axes of symmetry. In this case, the cross section may in particular be elliptical or rectangular.

Vorteilhafterweise liegt das Verhältnis der beiden Symmetrieachsen des länglichen Querschnitts des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 3:1.Advantageously, the ratio of the two axes of symmetry of the elongate cross-section of the helically coiled tubing section ranges from about 1.5: 1 to about 3: 1.

Bevorzugt ist das Verhältnis der beiden Symmetrieachsen des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts über die Länge des Rohrabschnitts zumindest im Wesentlichen konstant. Grundsätzlich ist jedoch auch ein über die Länge des Rohrabschnitts variables Verhältnis der beiden Symmetrieachsen denkbar.Preferably, the ratio of the two axes of symmetry of the helically coiled tube section is at least substantially constant over the length of the tube section. In principle, however, a variable over the length of the pipe section ratio of the two axes of symmetry is conceivable.

Der längliche Querschnitt des Rohrabschnitts ist zur Bildung der schraubenförmigen Wendel vorteilhafterweise um einen Winkel im Bereich von etwa 90° bis etwa 180° um die Mittellängsachse des Rohrabschnitts verdreht ist.The elongate cross-section of the tube section is advantageously rotated about an angle in the range of about 90 ° to about 180 ° about the central longitudinal axis of the tube section to form the helical helix.

Die Drallstärke wird maßgeblich von der gegenüber der Mittellängsachse des Rohrabschnitts gemessenen Schraubensteigung des einen länglichen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts bestimmt. Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt diese Schraubensteigung des einen länglichen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts in einem Bereich von etwa 35° bis etwa 55°, wobei sie insbesondere 45° betragen kann.The swirl intensity is decisively determined by the helical pitch of the helical coil section measured over the helical pitch of the longitudinal section of the tube section. According to a preferred practical embodiment of the device according to the invention, this helical pitch of the elongated cross-section, helically coiled tube section is in a range of about 35 ° to about 55 °, in particular, may be 45 °.

Bevorzugt ist die gegenüber der Mittellängsachse gemessene Schraubensteigung des einen länglichen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts über dessen Länge zumindest im Wesentlichen konstant. Grundsätzlich ist jedoch auch eine über die Länge des Rohrabschnitts variable Schraubensteigung denkbar.Preferably, the screw pitch of the oblong cross-section of a helically coiled tubular section measured over the central longitudinal axis is at least substantially constant over its length. In principle, however, a variable over the length of the pipe section screw pitch is conceivable.

Zweckmäßigerweise ist im Abgasstrang ein den Rohrabschnitt mit dem länglichen Querschnitt umfassendes Rohrteil vorgesehen, das im Bereich seines in Abgasstromrichtung betrachtet stromaufwärtigen Endes einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und dessen Querschnitt in einem Übergangsbereich zwischen dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromaufwärtigen Endbereich und dem einen länglichen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt kontinuierlich vom kreisförmigen in den länglichen Querschnitt übergeht, wobei der Übergang vorzugsweise ohne Drehung um die Mittellängsachse erfolgt.Conveniently, in the exhaust line, a pipe section comprising the elongated cross section pipe section is provided, which has a circular cross-section in the region of its upstream end viewed in the exhaust gas flow direction and the cross section in a transition region between the circular end having a circular cross-section and the helically coiled Pipe section continuously merges from the circular to the elongated cross section, wherein the transition is preferably carried out without rotation about the central longitudinal axis.

Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn im Abgasstrang ein den Rohrabschnitt mit dem länglichen Querschnitt umfassendes Rohrteil vorgesehen ist, das im Bereich seines in Abgasstromrichtung betrachtet stromabwärtigen Endes einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und dessen Querschnitt in einem Übergangsbereich zwischen dem einen länglichen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt und dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromabwärtigen Endbereich kontinuierlich vom länglichen in den kreisförmigen Querschnitt übergeht, wobei dieser Übergang vorzugsweise unter Beibehaltung der vorherigen Schraubensteigung, d. h. insbesondere der am stromabwärtigen Endes des Rohrabschnitts vorhandenen Schraubensteigung erfolgt.It is particularly advantageous if in the exhaust line, a pipe section is provided with the elongated cross-section tube part, which has a circular cross section in the region of its downstream viewed in the exhaust flow direction and whose cross section in a transition region between the elongated cross-section possessing helically coiled pipe section and continuously transitioning from the elongated to the circular cross-section having a circular cross-section, said transition preferably maintaining the previous pitch of the screw, i. H. in particular, the screw pitch which is present at the downstream end of the pipe section takes place.

Bevorzugt ist eine Kombination der beiden zuletzt genannten Ausgestaltungen vorgesehen, wonach der den Rohrabschnitt mit dem länglichen Querschnitt umfassende Rohrteil sowohl im Bereich seines in Abgasstromrichtung betrachtet stromaufwärtigen Endes als auch im Bereich seines in Abgasstromrichtung betrachtet stromabwärtigen Endes jeweils einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der Übergang zwischen dem stromaufwärtigen Endbereich und dem einen länglichen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt und der Übergang zwischen diesem und dem stromabwärtigen Endbereich vorzugsweise wie angegeben erfolgt.Preferably, a combination of the two latter embodiments is provided, according to which the pipe section with the elongated cross-section comprising both in the region of its downstream end viewed in the exhaust gas flow direction and in the downstream end viewed in the exhaust gas flow direction has a circular cross-section and the transition between the upstream end portion and the helical coiled pipe section having an oblong section, and the transition between it and the downstream end portion is preferably performed as indicated.

Gemäß einer zweckmäßigen praktischen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist eine Einrichtung zum Eindüsen eines Fluids, insbesondere eines Wasser-Harnstoff-Gemisches oder eines Flüssigkraftstoffs, in einen Abgasstrom vorgesehen.According to an expedient practical embodiment of the exhaust system according to the invention, a device for injecting a fluid, in particular a water-urea mixture or a liquid fuel, is provided in an exhaust gas stream.

Dabei kann die wenigstens eine Düse umfassende Eindüseinrichtung beispielsweise so angeordnet und ausgeführt sein, dass das Fluid im Bereich des stromaufwärtigen Endes des Rohrteils in den Abgasstrom ein düsbar ist. Die erfindungsgemäße Geometrie des Rohrteils kann hier also insbesondere die Funktion eines Mischers nach der Eindüsung erfüllen.In this case, the injection device comprising at least one nozzle can be arranged and designed, for example, such that the fluid can be injected into the exhaust gas flow in the region of the upstream end of the tube part. The geometry of the pipe part according to the invention can therefore in particular fulfill the function of a mixer after injection.

Es ist jedoch beispielsweise auch eine solche Ausführung denkbar, bei der die wenigstens eine Düse umfassende Eindüseinrichtung so angeordnet und ausgeführt ist, dass das Fluid im Bereich des stromabwärtigen Endes des Rohrteils in den Gasstrom eindüsbar ist. Die erfindungsgemäße Geometrie des Rohrteils kann in diesem Fall also insbesondere die Funktion eines Turbulenzgenerators vor der Eindüsung erfüllen. However, it is also conceivable, for example, such an embodiment in which the Eindüseinrichtung comprising at least one nozzle is arranged and designed so that the fluid in the region of the downstream end of the pipe part is hineinüsbar in the gas stream. The geometry of the pipe part according to the invention can therefore in this case in particular fulfill the function of a turbulence generator prior to injection.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die wenigstens eine Düse umfassende Eindüseinrichtung jedoch auch so angeordnet und ausgeführt sein, dass das Fluid in einem in Abgasstromrichtung betrachtet mittleren Bereich des Rohrteils in den Abgasstrom eindüsbar ist.According to a further advantageous embodiment of the device according to the invention, however, the Eindüseinrichtung comprising at least one nozzle can also be arranged and designed so that the fluid is slidable in a viewed in the exhaust gas flow direction central region of the pipe part in the exhaust stream.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the drawing; in this show:

1 eine Seitenansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines im Abgasstrang einer Abgasanlage liegenden erfindungsgemäßen Rohrteils, 1 FIG. 2 shows a side view of an exemplary embodiment of a pipe part according to the invention lying in the exhaust system of an exhaust system, FIG.

2 eine Draufsicht des Rohrteils gemäß 1, 2 a plan view of the pipe part according to 1 .

3 eine perspektivische Darstellung des Rohrteils gemäß 1, 3 a perspective view of the pipe part according to 1 .

4 eine weitere perspektivische Darstellung des Rohrteils, wobei das Rohrteil gegenüber der Darstellung in 3 jedoch um 90° um seine Mittellängsachse gedreht ist, 4 a further perspective view of the pipe part, wherein the pipe part relative to the representation in 3 but rotated 90 ° about its central longitudinal axis,

5 eine Vorderansicht des Rohrteils gemäß 1 auf dessen stromaufwärtiges Ende, 5 a front view of the pipe part according to 1 on the upstream end,

6 eine Rückansicht des Rohrteils gemäß 1 auf dessen stromabwärtiges Ende, 6 a rear view of the pipe part according to 1 on the downstream end,

7 eine perspektivische Darstellung des Rohrteils gemäß 1 mit einer zugeordneten Eindüseinrichtung zum Eindüsen des Fluids im Bereich des stromaufwärtigen Endes des Rohrteils, 7 a perspective view of the pipe part according to 1 with an associated injection device for injecting the fluid in the region of the upstream end of the tubular part,

8 eine perspektivische Darstellung des Rohrteils gemäß 1 mit einer zugeordneten Eindüseinrichtung zum Eindüsen des Fluids im Bereich des stromabwärtigen Endes des Rohrteils, 8th a perspective view of the pipe part according to 1 with an associated injection device for injecting the fluid in the region of the downstream end of the tubular part,

9 eine perspektivische Darstellung des Rohrteils gemäß 1 mit einer zugeordneten Eindüseinrichtung zum Eindüsen des Fluids in einem in Abgasstromrichtung mittleren Bereich des Rohrteils, und 9 a perspective view of the pipe part according to 1 with an associated injection device for injecting the fluid in an exhaust gas flow in the middle region of the pipe part, and

10 bis 12 unterschiedliche schematische Darstellungen einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rohrteils in Kombination mit einem turbinenartige Gasumlenkschaufeln aufweisenden Nebenstromdrallerzeuger oder -mischer zur Erzielung einer 100% ”blickdichten” Querschnittsfläche. 10 to 12 different schematic representations of an exemplary embodiment of the pipe part according to the invention in combination with a turbine-like Gasumlenkschaufeln having sidestream swirler or mixer to achieve a 100% "opaque" cross-sectional area.

Das dargestellte Rohrteil 10 ist Bestandteil einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Einrichtung 12 zum Eindüsen eines Fluids (vgl. die 7 bis 9), insbesondere eines Wasser-Harnstoff-Gemisches oder eines Flüssigkraftstoffs, in einen Abgasstrom und einer Verteileinrichtung zum Verteilen des Fluids im Abgasstrom. Dabei umfasst die Verteileinrichtung das im Abgasstrang der Abgasanlage liegende Rohrteil 10. Das Abgas durchströmt dieses Rohrteil 10 in Abgasstromrichtung A.The illustrated pipe part 10 is part of an exhaust system of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with a device 12 for injecting a fluid (cf. 7 to 9 ), in particular a water-urea mixture or a liquid fuel, in an exhaust gas stream and a distributor device for distributing the fluid in the exhaust gas stream. In this case, the distributor device comprises the pipe section lying in the exhaust system of the exhaust system 10 , The exhaust gas flows through this pipe part 10 in exhaust flow direction A.

Das im Abgasstrang der Abgasanlage liegende Rohrteil 10 besitzt im Bereich seines in Abgasstromrichtung A betrachtet stromaufwärtigen Endes 14 und im Bereich seines in Abgasstromrichtung A betrachtet stromabwärtigen Endes 16 jeweils einen kreisförmigen Querschnitt. Zwischen den beiden Enden 14, 16 umfasst das Rohrteil 10 einen Rohrabschnitt 18, der einen elliptischen Querschnitt besitzt und zur Bildung einer schraubenförmigen Wendel um die Mittellängsachse 20 des Rohrteils 10 verdreht ist. In dem einen elliptischen Querschnitt besitzenden Rohrabschnitt 18 ergibt sich somit eine Querschnittsverschränkung.The pipe section located in the exhaust system of the exhaust system 10 has in the region of its upstream end viewed in the exhaust flow direction A. 14 and in the region of its downstream end viewed in the exhaust flow direction A. 16 each a circular cross-section. Between the two ends 14 . 16 includes the pipe part 10 a pipe section 18 which has an elliptical cross-section and to form a helical coil about the central longitudinal axis 20 of the pipe part 10 is twisted. In the pipe section having an elliptical cross-section 18 thus results in a cross-sectional entanglement.

Der elliptische Querschnitt des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts 18 kann insbesondere durch eine Ellipse definiert sein, deren Halbachsenverhältnis unter Beibehaltung der Rohrquerschnittsfläche in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 3:1 liegt, wobei es beispielsweise 2:1 betragen kann.The elliptical cross-section of the helically coiled tube section 18 may be defined in particular by an ellipse whose half-axis ratio while maintaining the tube cross-sectional area in a range of about 1.5: 1 to about 3: 1, wherein it may be for example 2: 1.

Zweckmäßigerweise ist das Halbachsenverhältnis der den elliptischen Querschnitt des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts 18 definierenden Ellipse über die Länge L des Rohrabschnitts 18 zumindest im Wesentlichen konstant. Grundsätzlich ist jedoch auch ein über die Länge L des Rohrabschnitts 18 variables Halbachsenverhältnis denkbar.Conveniently, the half-axis ratio of the elliptical cross section of the helically coiled tube section 18 defining ellipse over the length L of the pipe section 18 at least essentially constant. In principle, however, is also an over the length L of the pipe section 18 variable half-axis ratio conceivable.

Der einen elliptischen Querschnitt besitzende Rohrabschnitt 18 des Rohrteils 10 kann zur Bildung der schraubenförmigen Wendel insbesondere um einen Winkel im Bereich von etwa 90° bis etwa 180° um die Mittellängsachse 20 des Rohrteils 10 verdreht sein. Bevorzugt beträgt die Querschnittsverschränkung also mindestens 90°, wobei 180° in jedem Fall ausreichend ist.The elliptical cross-section possessing pipe section 18 of the pipe part 10 can be used to form the helical coil, in particular by an angle in the range of about 90 ° to about 180 ° about the central longitudinal axis 20 of the pipe part 10 be twisted. Preferably, the cross-sectional entanglement is thus at least 90 °, with 180 ° being sufficient in each case.

Die gegenüber der Mittellängsachse 20 gemessene Schraubensteigung des einen elliptischen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts 18 liegt insbesondere in einem Bereich von etwa 35° bis etwa 55°, wobei sie insbesondere 45° betragen kann. The opposite the central longitudinal axis 20 measured helical pitch of the elliptical cross section possessing, helically coiled tube section 18 is in particular in a range of about 35 ° to about 55 °, in particular, may be 45 °.

Bevorzugt ist die gegenüber der Mittellängsachse 20 gemessene Schraubensteigung des einen elliptischen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts 18 über dessen Länge L zumindest im Wesentlichen konstant. Grundsätzlich ist jedoch auch eine über die Länge L des Rohrabschnitts 18 variable Schraubensteigung denkbar.Preferably, the opposite to the central longitudinal axis 20 measured helical pitch of the elliptical cross section possessing, helically coiled tube section 18 over its length L at least substantially constant. In principle, however, one over the length L of the pipe section 18 Variable screw pitch conceivable.

In einem Übergangsbereich 22 (vgl, insbesondere 1 und 2) zwischen dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromaufwärtigen Endbereich 14 und dem einen ellipsenförmigen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt 18 geht der Querschnitt des Rohrteils 10 insbesondere kontinuierlich vom kreisförmigen in den elliptischen Querschnitt über. Dabei erfolgt der Übergang insbesondere ohne Drehung um die Mittellängsachse 20.In a transition area 22 (cf., in particular 1 and 2 ) between the circular section having the upstream end portion 14 and the helical coil section having the ellipsoidal section 18 goes the cross section of the pipe part 10 in particular continuously from the circular to the elliptical cross section over. The transition takes place in particular without rotation about the central longitudinal axis 20 ,

In einem Übergangsbereich 24 (vgl. insbesondere 1 und 2) zwischen dem einen elliptischen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt 18 und dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromabwärtigen Endbereich 16 geht der Querschnitt des Rohrteils 10 insbesondere kontinuierlich vom elliptischen in den kreisförmigen Querschnitt über, wobei dieser Übergang vorzugsweise unter Beibehaltung der vorangehenden Schraubensteigung, d. h. insbesondere der am stromabwärtigen Ende des Rohrabschnitts 18 vorhandenen Schraubensteigung, erfolgt.In a transition area 24 (see in particular 1 and 2 ) between the elliptical cross-section possessing helically coiled pipe section 18 and the circular-sectioned downstream end portion 16 goes the cross section of the pipe part 10 in particular continuously from the elliptical to the circular cross-section, wherein this transition preferably while maintaining the previous pitch of the screw, ie in particular the at the downstream end of the pipe section 18 existing screw pitch, takes place.

Im Übergangsbereich 22 kann beispielsweise ein Übergang vom kreisförmigen Querschnitt zu einem elliptischen Querschnitt mit einem Halbachsenverhältnis von 2:1 ohne Drehung erfolgen. Im Übergangsbereich 24 kann beispielsweise ein Übergang von einem elliptischen Querschnitt mit einem Halbachsenverhältnis von 2:1 auf einen kreisförmigen Querschnitt unter Beibehaltung der Schraubensteigung erfolgen.In the transition area 22 For example, a transition from a circular cross-section to an elliptical cross-section with a half-axis ratio of 2: 1 without rotation can take place. In the transition area 24 For example, a transition from an elliptical cross section with a half-axis ratio of 2: 1 can be made to a circular cross section while maintaining the helical pitch.

Beim in der 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Düse 26 umfassende Eindüseinrichtung 12 so angeordnet und ausgeführt, dass das Fluid im Bereich des stromaufwärtigen Endes 14 angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Geometrie der Rohrteils 10 kann hier also insbesondere die Funktion eines Mischers nach der Eindüsung erfüllen.When in the 7 illustrated embodiment, the at least one nozzle 26 comprehensive injection device 12 arranged and designed so that the fluid in the region of the upstream end 14 is arranged. The geometry of the pipe part according to the invention 10 So here, in particular, can fulfill the function of a mixer after the injection.

Bei dem in der 8 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Düse 26 umfassende Eindüseinrichtung 12 so angeordnet und ausgeführt, dass das Fluid im Bereich des stromabwärtigen Endes 16 des Rohrteils 10 in den Abgasstrom eindüsbar ist. Im vorliegenden Fall kann die erfindungsgemäße Geometrie des Rohrteils 10 also insbesondere die Funktion eines Turbulenzgenerators vor der Eindüsung erfüllen.In the in the 8th reproduced embodiment is the at least one nozzle 26 comprehensive injection device 12 arranged and designed so that the fluid in the region of the downstream end 16 of the pipe part 10 can be injected into the exhaust stream. In the present case, the geometry of the pipe part according to the invention 10 So in particular fulfill the function of a turbulence generator before the injection.

Bei dem in der 9 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Düse 26 umfassende Eindüseinrichtung 12 so angeordnet und ausgeführt, dass das Fluid in einem in Abgasstromrichtung A betrachtet mittleren Bereich des Rohrteils 10 in den Abgasstrom eindüsbar ist.In the in the 9 reproduced embodiment is the at least one nozzle 26 comprehensive injection device 12 arranged and designed so that the fluid in a viewed in the exhaust gas flow direction A central portion of the pipe part 10 can be injected into the exhaust stream.

Mit der erfindungsgemäßen Geometrie des Rohrteils 10 ergibt sich aufgrund der fehlenden Querschnittsverblockung ein geringerer Gegendruck. Es ist insbesondere eine CFD-basierte Optimierung zur Vermeidung von Totwassergebieten und entsprechend von Ablagerungen möglich. Die Außengeometrie des Rohrteils 10 kann insbesondere auch die Funktion eines Flüssigphasenabscheiders, Sekundärzerstäubers, Verdampfers und Turbulenzgenerators und damit klassische SCR-Mischerfunktionen erfüllen.With the geometry of the pipe part according to the invention 10 results from the lack of cross-sectional blocking a lower back pressure. In particular, a CFD-based optimization for avoiding dead water areas and according to deposits is possible. The outer geometry of the pipe part 10 In particular, it can also fulfill the function of a liquid phase separator, secondary atomizer, evaporator and turbulence generator and thus classic SCR mixer functions.

Es ist eine Flüssigphasenabscheidung über einen großen Querschnittsbereich möglich. So können, in Abhängigkeit vom elliptischen Hauptachsenverhältnis, insbesondere über 50% der Querschnittsfläche ohne freien Durchgang sein und damit zur Phasenabscheidung dienen.It is possible a liquid phase deposition over a large cross-sectional area. Thus, depending on the elliptical main axis ratio, more than 50% of the cross-sectional area can be without free passage and thus serve for phase separation.

Die erfindungsgemäße Geometrie des Rohrteils 10 kann insbesondere bei achsmittigen Hohlkegeldüsen einen klassischen Drallturbinenmischer ersetzen.The geometry of the pipe part according to the invention 10 can replace a classic swirl turbine mixer, especially in the case of axially-centered hollow cone nozzles.

Um die Querschnittsfläche zu 100% ”blickdicht” zu bekommen, ist beispielsweise auch eine Kombination des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts 18 mit einem relativ kleinen, turbinenartige statonäre Gasumlenkschaufeln 30 aufweisenden Nebenstromdrallerzeuger bzw. -mischer 28 (vgl. die 10 bis 12) oder dergleichen möglich, wodurch insbesondere der Einsatz aller marktgängigen Dosiersysteme wie z. B. Denoxtronic, Departronic usw. ermöglicht wird. Unter einer 100% ”blickdichten” Querschnittsfläche ist zu verstehen, dass an keiner Stelle des Abgasrohrquerschnitts ein Durchblick von der Eintrittsseite der SCR- oder HCl-Strecke zu deren Austrittsseite möglich ist. Es ist also beispielsweise denkbar, im bisher frei durchgängigen Innenbereich des Abgasrohrquerschnitts einen kleinen Nebenstromdrallerzeuger oder -mischer 28 (vgl. die 10 bis 12) mit turbinenartigen stationären Gasumlenkschaufeln 30 zu verbauen, dessen Drallrichtung mit der des Außendrallmischers oder Rohrabschnitts 18 übereinstimmt. Damit erhält man eine Abscheidung der Flüssigkeitströpfchen (Flüssigphasenabscheidung) zur Sekundärzerstäubung und Verdampfung über den gesamten Querschnitt des Abgasrohres, womit ein Durchschlagen von nicht verdampften Teilchen vermieden wird. Unter einem Nebenstromdrallerzeuger ist zu verstehen, dass ein Teil des Abgasmassenstromes seitlich an dem Drallerzeuger vorbeiströmt (vgl. insbesondere 11). Dabei ist die Innenquerschnittsfläche des Rohrabschnitts 18 größer als die Querschnittsfläche des Nebenstromdrallerzeugers.To get the cross-sectional area 100% "opaque", for example, is a combination of the helically coiled tube section 18 with a relatively small, turbine-like, gas-directing vanes 30 having side stream swirl generator or mixer 28 (see the 10 to 12 ) or the like possible, whereby in particular the use of all common metering systems such. As Denoxtronic, Departronic etc. is made possible. Under a 100% "opaque" cross-sectional area is to be understood that at any point of the exhaust pipe cross section, a view from the inlet side of the SCR or HCl line to its outlet side is possible. It is therefore conceivable, for example, in the hitherto freely continuous interior region of the exhaust gas pipe cross section, a small sidestream twist generator or mixer 28 (see the 10 to 12 ) with turbine-type stationary gas deflection vanes 30 to install, whose swirl direction with that of the external swirl mixer or pipe section 18 matches. This results in a separation of the liquid droplets (liquid phase separation) for secondary atomization and evaporation over the entire cross section of the exhaust pipe, whereby a penetration of non-evaporated particles is avoided. A sidestream twist generator is to be understood as meaning that part of the exhaust gas mass flow flows past the swirl generator laterally (cf. 11 ). Here, the inner cross-sectional area of the pipe section 18 greater than the cross-sectional area of the bypass eddy generator.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Rohrteilpipe part
1212
Eindüseinrichtunginjection device
1414
stromaufwärtiges Endeupstream end
1616
stromabwärtiges Endedownstream end
1818
Rohrabschnittpipe section
2020
Mittellängsachsecentral longitudinal axis
2222
ÜbergangsbereichTransition area
2424
ÜbergangsbereichTransition area
2626
Düsejet
2828
Nebenstromdrallerzeuger oder -mischerBy-pass twist generator or mixer
3030
GasumlenkschaufelGasumlenkschaufel
AA
AbgasstromrichtungExhaust gas flow direction
LL
Längelength

Claims (13)

Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit Mitteln zur Erzeugung einer Drallströmung im Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung einer Drallströmung einen im Abgasstrang der Abgasanlage liegenden Rohrabschnitt (18) umfassen, der einen länglichen Querschnitt besitzt und in Art einer schraubenförmigen Wendel um die Mittellängsachse (20) des Rohrabschnitts (18) verdreht ist.Exhaust system of an internal combustion engine with means for generating a swirl flow in the exhaust stream, characterized in that the means for generating a swirl flow lying in the exhaust line of the exhaust system pipe section ( 18 ), which has an elongate cross-section and in the form of a helical coil about the central longitudinal axis ( 20 ) of the pipe section ( 18 ) is twisted. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schraubenförmig gewendelte Rohrabschnitt (18) einen zwei zueinander senkrechte Symmetrieachsen aufweisenden, insbesondere elliptischen oder rechteckigen Querschnitt besitzt.Exhaust system according to claim 1, characterized in that the helically coiled pipe section ( 18 ) has a two mutually perpendicular axes of symmetry having, in particular elliptical or rectangular cross-section. Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der beiden Symmetrieachsen des länglichen Querschnitts des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) in einem Bereich von etwa 1,5:1 bis etwa 3:1 liegt.Exhaust system according to claim 2, characterized in that the ratio of the two axes of symmetry of the elongated cross section of the helically coiled pipe section ( 18 ) ranges from about 1.5: 1 to about 3: 1. Abgasanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der beiden Symmetrieachsen des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) über die Länge (L) des Rohrabschnitts (18) zumindest im Wesentlichen konstant ist.Exhaust system according to claim 2 or 3, characterized in that the ratio of the two axes of symmetry of the helically coiled tube section ( 18 ) over the length (L) of the pipe section ( 18 ) is at least substantially constant. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Querschnitt des Rohrabschnitts (18) zur Bildung der schraubenförmigen Wendel um einen Winkel im Bereich von etwa 90° bis etwa 180° um die Mittellängsachse (20) des Rohrabschnitts (18) verdreht ist.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that the elongate cross section of the pipe section ( 18 ) for forming the helical coil by an angle in the range of about 90 ° to about 180 ° about the central longitudinal axis ( 20 ) of the pipe section ( 18 ) is twisted. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber der Mittellängsachse (20) gemessene Schraubensteigung des einen länglichen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) in einem Bereich von etwa 35° bis etwa 55° liegt und vorzugsweise 45° beträgt.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that the relative to the central longitudinal axis ( 20 ) measured screw pitch of an elongate cross-section possessing, helically coiled tube section ( 18 ) is in a range of about 35 ° to about 55 ° and preferably 45 °. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüber der Mittellängsachse (20) gemessene Schraubensteigung des einen länglichen Querschnitt besitzenden, schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) über dessen Länge (L) zumindest im Wesentlichen konstant ist.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that the relative to the central longitudinal axis ( 20 ) measured screw pitch of an elongate cross-section possessing, helically coiled tube section ( 18 ) over whose length (L) is at least substantially constant. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang ein den Rohrabschnitt (18) mit dem länglichen Querschnitt umfassendes Rohrteil (10) vorgesehen ist, das im Bereich seines in Abgasstromrichtung (A) betrachtet stromaufwärtigen Endes (14) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und dessen Querschnitt in einem Übergangsbereich (22) zwischen dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromaufwärtigen Endbereich (14) und dem einen länglichen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt (18) vorzugsweise ohne Drehung um die Mittellängsachse (20) kontinuierlich vom kreisförmigen in den länglichen Querschnitt übergeht.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust line a pipe section ( 18 ) with the elongate cross-section comprising the tubular part ( 10 ), which, in the region of its upstream end (A) considered in the exhaust gas flow direction (A) ( 14 ) has a circular cross section and its cross section in a transition region ( 22 ) between the circular cross-section having upstream end portion ( 14 ) and having an oblong cross-section helically coiled pipe section ( 18 ) preferably without rotation about the central longitudinal axis ( 20 ) continuously changes from circular to oblong cross-section. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang ein den Rohrabschnitt (18) mit dem länglichen Querschnitt umfassendes Rohrteil (10) vorgesehen ist, das im Bereich seines in Abgasstromrichtung (A) betrachtet stromabwärtigen Endes (16) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und dessen Querschnitt in einem Übergangsbereich (24) zwischen dem einen länglichen Querschnitt besitzenden schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitt (18) und dem einen kreisförmigen Querschnitt besitzenden stromabwärtigen Endbereich (16) vorzugsweise unter Beibehaltung der Schraubensteigung kontinuierlich vom länglichen in den kreisförmigen Querschnitt übergeht. Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that in the exhaust line a pipe section ( 18 ) with the elongate cross-section comprising the tubular part ( 10 ), which, in the region of its downstream end, viewed in the exhaust gas flow direction (A), ( 16 ) has a circular cross section and its cross section in a transition region ( 24 ) between the helically coiled tubular section (15) having an oblong cross-section ( 18 ) and having a circular cross-section downstream end portion ( 16 ) preferably continuously passes from the elongated to the circular cross section while maintaining the helical pitch. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (12) zum Eindüsen eines Fluids, insbesondere eines Wasser-Harnstoff-Gemisches oder eines Flüssigkraftstoffs, in einen Abgasstrom vorgesehen ist.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that a device ( 12 ) for injecting a fluid, in particular a water-urea mixture or a liquid fuel, is provided in an exhaust gas stream. Abgasanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Düse (26) umfassende Eindüseinrichtung (12) so angeordnet und ausgeführt ist, dass das Fluid im Bereich des stromaufwärtigen Endes (14), im Bereich des stromabwärtigen Endes (16) oder in einem in Abgasstromrichtung (A) betrachtet mittleren Bereich des Rohrteils (10) in den Abgasstrom eindüsbar ist.Exhaust system according to claim 10, characterized in that the at least one nozzle ( 26 ) comprehensive injection device ( 12 ) is arranged and designed so that the fluid in the region of the upstream end ( 14 ), in the region of the downstream end ( 16 ) or in a direction of the exhaust gas flow direction (A) middle portion of the pipe part ( 10 ) can be eingesüsbar in the exhaust stream. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) ein turbinenartige stationäre Gasumlenkschaufeln (30) aufweisender Nebenstromdrallerzeuger oder -mischer (28) vorgesehen ist.Exhaust system according to one of the preceding claims, characterized in that within the helically coiled tube section ( 18 ) a turbine-like stationary gas deflection vanes ( 30 ) by-pass swirl generator or mixer ( 28 ) is provided. Abgasanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallrichtung des Nebenstromdrallerzeugers oder -mischers (28) mit der des schraubenförmig gewendelten Rohrabschnitts (18) übereinstimmt.Exhaust system according to claim 12, characterized in that the twisting direction of the secondary flow twist generator or mixer ( 28 ) with the helically coiled tube section ( 18 ) matches.
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