AT414294B - EXHAUST GUIDE TO A COMMERCIAL VEHICLE - Google Patents

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AT414294B AT0205604A AT20562004A AT414294B AT 414294 B AT414294 B AT 414294B AT 0205604 A AT0205604 A AT 0205604A AT 20562004 A AT20562004 A AT 20562004A AT 414294 B AT414294 B AT 414294B
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Man Nutzfahrzeuge Oesterreich
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Description

22

AT 414 294 BAT 414 294 B

Gegenstand der Erfindung ist die Abgasführung bei einem Nutzfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylinderbänken, wobei die Abgaskanäle jeweils einer Zylinderbank in ein gemeinsames Abgassammelrohr münden und die Brennkraftmaschine, zusammen mit einem an die Brennkraftmaschine angeflanschten Getriebe, zwischen zwei 5 Längsholmen eines Fahrgestellrahmens eines Nutzfahrzeuges so angeordnet ist, dass die Abgassammelrohre oberhalb der Längsholme verlaufen und wobei ein unterhalb der Längsholme liegendes Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist, das zumindest einen Hydrolysekatalysator und stromab zu diesem einen SCR-Katalysator umfasst. io Bei heute üblichen Diesel-Brennkraftmaschinen für Nutzfahrzeuge ist es aus Gründen der Umweltverträglichkeit notwendig die Anteile der Stickoxide auf ein Minimum zu begrenzen. Zu diesem Zweck sind Abgasnachbehandlungssysteme vorgesehen, die stromauf eines im Abgasstrang angeordneten Hydrolysekatalysators wässrige Harnstofflösung in das heiße Abgas eindüsen, wobei diese dann im Hydrolysekatalysator in Ammoniak umgesetzt wird. Stromab zum 15 Hydrolysekatalysator ist ein so genannter SCR-Katalysator vorgesehen, der mit Hilfe des im Hydrolysekatalysator erzeugten Ammoniaks die eigentliche Reduktion der Stickoxide (NOx) bewirkt. Solche Systeme sind z.B. aus der DE 40 38 054 A1 bekannt.The invention relates to the exhaust system in a commercial vehicle with an internal combustion engine with V-shaped cylinder banks, the exhaust ports each lead to a cylinder bank in a common exhaust manifold and the internal combustion engine, together with a flanged to the engine transmission, between two 5 longitudinal beams of a chassis frame Commercial vehicle is arranged so that the exhaust manifolds extend above the longitudinal beams and wherein a lying below the longitudinal beams exhaust aftertreatment system is provided which comprises at least one hydrolysis and downstream of this one SCR catalyst. In today's conventional diesel internal combustion engines for commercial vehicles, it is necessary for reasons of environmental compatibility to limit the proportions of nitrogen oxides to a minimum. For this purpose, exhaust gas aftertreatment systems are provided, which inject aqueous urea solution into the hot exhaust gas upstream of a hydrolysis catalytic converter arranged in the exhaust gas line, which is then converted into ammonia in the hydrolysis catalytic converter. Downstream of the 15 hydrolysis catalyst, a so-called SCR catalyst is provided, which causes the actual reduction of the nitrogen oxides (NOx) with the aid of the ammonia produced in the hydrolysis catalyst. Such systems are e.g. known from DE 40 38 054 A1.

In Ersatz der bei Temperaturen unter -11,5 Grad Celsius einfrierenden und damit in der Ver-20 Wendung problematischen wässrigen Harnstofflösung ist es ferner bekannt, Ammoniakträger in fester Form z. B. festen Harnstoff vorzusehen, der stromauf eines entsprechenden Hydrolysekatalysator dem Abgasstrom zuführbar ist. Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise in der DE 102 52 734 A1 beschrieben. 25 Aus der DE 101 23 359 A1 ist es schließlich bekannt, den Hydrolysekatalysator im Vorschalldämpfer und den SCR-Katalysator im Hauptschalldämpfer einer Brennkraftmaschine anzuordnen.In replacement of the freezing at temperatures below -11.5 degrees Celsius and thus in the Ver-20 turn problematic aqueous urea solution, it is also known ammonia carrier in solid form z. B. solid urea, which is the upstream of a corresponding hydrolysis catalyst fed to the exhaust gas stream. Such a device is described for example in DE 102 52 734 A1. It is finally known from DE 101 23 359 A1 to arrange the hydrolysis catalytic converter in the front silencer and the SCR catalytic converter in the main silencer of an internal combustion engine.

Aus thermischen Gründen sind die vorstehend angesprochenen Abgasnachbehandlungssyste-30 me möglichst nahe am Abgassammelrohr der Brennkraftmaschine anzuordnen.For thermal reasons, the above-mentioned Abgasnachbehandlungssyste-30 me as close to the exhaust manifold of the internal combustion engine to be arranged.

Bei Nutzfahrzeuge insbesondere solchen mit hoher Leistung ist es üblich, Brennkraftmaschinen mit V-förmig angeordneten Zylinderbänken einzusetzen. Bei diesen Brennkraftmaschinen verlaufen die Abgassammelrohre üblicherweise oben an den Außenseiten parallel zu den Zylin-35 derbänken. Dort ist aber beim Einbau einer solchen Brennkraftmaschine in ein Nutzfahrzeuge, insbesondere einen Lastkraftwagen, der verfügbare Bauraum sehr begrenzt, zumal dann, wenn die Brennkraftmaschine, wie heute üblich, über Turbolader zur Aufladung verfügt. Eine Unterbringung von Hydrolysekatalysatoren in diesem Bereich ist daher außerordentlich problematisch, vor allem dann, wenn diese in vorteilhafte Weise in Vorschalldämpfer integriert sind. Einer 40 thermisch günstige Unterbringung von Hydrolysekatalysatoren in Nutzfahrzeugen der vorstehend beschriebenen Art steht weiter entgegen, dass die Brennkraftmaschine üblicherweise an einem Tragrahmen angeordnet ist, wobei die Abgassammelrohre oberhalb der Längsholme des Tragrahmens verlaufen, die Schalldämpfer hingegen in einer Ebene unterhalb der Längsholme liegen. Bei bisher üblichen Konstruktionen ohne Abgasnachbehandlung wurden die Abgasrohre 45 um die Längsholme außen herum nach unten geführt, dies ist aber für Anordnungen, bei denen der Hydrolysekatalysator in einer Ebene unter den Längsholmen, z.B. im Vorschalldämpfer angeordnet ist, thermisch sehr ungünstig und beansprucht in dem Bereich, in dem die Abgasrohre an den Längsholmen vorbei führen, relativ viel Platz. so Ausgehend von dem vorstehenden Stand der Technik ist es deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Abgasführung anzugeben, die eine günstige thermische Anbindung der Hydrolysekatalysatoren erlaubt und den für die Abgasrohre benötigen Platz minimiert.In commercial vehicles, especially those with high performance, it is common to use internal combustion engines with V-shaped arranged cylinder banks. In these internal combustion engines, the exhaust manifolds usually run up to the outsides parallel to the Zylin 35 derbänken. There, however, is very limited in the installation of such an internal combustion engine in a commercial vehicle, especially a truck, the available space, especially when the internal combustion engine, as is common today, has turbocharger for charging. An accommodation of hydrolysis catalysts in this area is therefore extremely problematic, especially if they are integrated in an advantageous manner in pre-muffler. A thermally favorable housing of hydrolysis catalysts in commercial vehicles of the type described above is further counteracted that the internal combustion engine is usually arranged on a support frame, wherein the exhaust manifolds extend above the longitudinal beams of the support frame, the muffler, however, lie in a plane below the longitudinal beams. In hitherto conventional constructions without exhaust aftertreatment, the exhaust pipes 45 have been guided downwardly around the longitudinal spars, but this is for arrangements in which the hydrolysis catalyst is in a plane below the longitudinal spars, e.g. is arranged in the pre-muffler, thermally very unfavorable and claimed in the area in which the exhaust pipes lead past the longitudinal beams, relatively much space. Thus, starting from the above prior art, it is therefore an object of the invention to provide an exhaust system that allows a favorable thermal connection of the hydrolysis and minimizes the space required for the exhaust pipes.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1, vorteilhafte 55 Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet. 3The object is achieved by the characterizing features of claim 1, advantageous embodiments 55 of the invention are characterized in the dependent claims. 3

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Die Lösung der Aufgabe sieht vor, dass die oberhalb des Fahrgestellrahmens liegenden Abgassammelrohre über jeweils eine Turbine eines Abgasturboladers mit Abgasrohren verbunden sind, die jeweils zwischen den Längsholmen und dem an die Brennkraftmaschine angeflanschten Getriebe hindurch nach unten führen und in einen unterhalb der Längsholme angeordneten Vorschalldämpfer münden, in den der Hydrolysekatalysator und wenigstens ein Oxidationskatalysator integriert ist und dem stromab ein Hauptschalldämpfer mit wenigstens einem integrierten SCR-Katalysator folgt. Durch diese Abgasführung wird erreicht, dass die Distanz zwischen Abgassammelrohr und Hydrolysekatalysator auf kürzestem Wege und bei minimierter Platzbeanspruchung überbrückt wird.The solution of the problem provides that the above lying above the chassis frame exhaust manifolds are each connected via a turbine of an exhaust gas turbocharger with exhaust pipes, each leading between the longitudinal beams and flanged to the engine gear down and open into a arranged below the longitudinal beams pre-muffler in which the hydrolysis catalytic converter and at least one oxidation catalytic converter are integrated and which is followed downstream by a main silencer with at least one integrated SCR catalytic converter. Through this exhaust system ensures that the distance between exhaust manifold and hydrolysis catalyst is bridged by the shortest route and with minimal space stress.

Zur Verbesserung der thermischen Anbindung des Hydrolysekatalysators kann es weiter vorteilhaft sein, die Abgasrohre zumindest im Bereich der Durchführung zwischen Längsholm und Getriebe zu isolieren, so dass die Isolierung einerseits den Wärmeverlust des Abgases minimiert und andererseits die Funktion einer Wärmeabschirmung zum Getriebe bzw. zum jeweiligen Längsholm übernimmt.To improve the thermal connection of the hydrolysis catalyst, it may also be advantageous to insulate the exhaust pipes at least in the region between the longitudinal spar and the transmission, so that the insulation on the one hand minimizes the heat loss of the exhaust gas and on the other hand the function of a heat shield to the transmission or the respective longitudinal spar takes over.

Beispiele der Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.Examples of the invention and advantageous embodiments are explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine in ein Nutzfahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine mit angeflanschtem Getriebe und Abgastrakt in Aufsicht von oben Fig. 2 die Anordnung aus Fig. 1 in Seitenansicht1 is a built-in commercial vehicle internal combustion engine with flanged gear and exhaust tract in plan view from above Fig. 2 shows the arrangement of Fig. 1 in side view

Eine bei Nutzfahrzeugen häufige Anordnung von Motor und Getriebe ist in Fig. 1 in Aufsicht auf die Anordnung und in Fig. 2 in Seitenansicht dargestellt. Gleiche Bauteile sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen.A common in commercial vehicles arrangement of engine and transmission is shown in Fig. 1 in plan view of the arrangement and in Fig. 2 in side view. Identical components are each provided with the same reference numerals.

Die gezeigte Brennkraftmaschine 1 weist zwei V-förmig angeordnete Zylinderbänke 2.1, 2.2 auf. Die Auslasskanäle (nicht dargestellt) der Zylinderbänke 2.1, 2.2 sind über Abgaskrümmer 3.1, 3.2 mit Abgassammelrohren 4.1, 4.2 verbunden. Bei Brennkraftmaschinen dieser Bauart befinden sich die Abgaskrümmer 3.1, 3.2 und die Abgassammelrohre 4.1, 4.2 üblicherweise jeweils rechts und links der Längsachse der Brennkraftmaschine in deren oberem Bereich. Die Abgassammelrohre 4.1, 4.2 sind mit den Einlässen von Turbinen 5.1, 5.2 von Abgasturboladern 6.1, 6.2 verbunden, die auf die Verdichter der Abgasturbolader 6.1, 6.2 wirken. Die Auslässe der Turbinen 5.1, 5.2 münden in Abgasrohre 7.1, 7.2, die ihrerseits stromab in einen Vorschalldämpfer 8 münden, der wiederum stromab mit einem Hauptschalldämpfer 13 verbunden ist.The internal combustion engine 1 shown has two V-shaped cylinder banks 2.1, 2.2. The outlet channels (not shown) of the cylinder banks 2.1, 2.2 are connected via exhaust manifold 3.1, 3.2 with exhaust manifolds 4.1, 4.2. In internal combustion engines of this type, the exhaust manifolds 3.1, 3.2 and the exhaust manifolds 4.1, 4.2 are usually each right and left of the longitudinal axis of the internal combustion engine in its upper region. The exhaust manifolds 4.1, 4.2 are connected to the inlets of turbines 5.1, 5.2 of turbochargers 6.1, 6.2, which act on the compressor of the turbocharger 6.1, 6.2. The outlets of the turbines 5.1, 5.2 open into exhaust pipes 7.1, 7.2, which in turn open downstream into a pre-muffler 8, which in turn is connected downstream with a main muffler 13.

Im Vorschalldämpfer 8 befinden sich, neben einer Zuführeinrichtung 11, die mittels einer zu dem Vorschalldämpfer externen Dosiereinrichtung 12 das Reduktionsmittel, z. B. wässrige Harnstofflösung, zuführt, ein Hydrolysekatalysator 10 sowie ein z. B. aus zwei Modulen bestehender Oxidationskatalysator. Im den Hauptschalldämpfer 13 ist ein im Beispiel aus fünf Modulen bestehende SCR-Katalysator integriert.In the pre-muffler 8 are, in addition to a feeder 11, by means of an external to the pre-muffler metering device 12, the reducing agent, for. As aqueous urea solution, feeds, a hydrolysis catalyst 10 and a z. B. consisting of two modules oxidation catalyst. In the main muffler 13 an existing example of five modules SCR catalyst is integrated.

An die Brennkraftmaschine 1 angeflanscht ist in den Figuren 1 und 2 ein Getriebe 16 dargestellt. Die Kombination aus Brennkraftmaschine 1 und Getriebe 16 ist in einem Fahrgestellrahmen eines Nutzfahrzeuges, z.B. eines Lastkraftwagens angeordnet, von dem die beiden Längsholme 15.1, 15.2 in den Figuren 1 und 2 gezeigt sind.Flanged to the internal combustion engine 1, a gear 16 is shown in Figures 1 and 2. The combination of internal combustion engine 1 and transmission 16 is in a chassis frame of a commercial vehicle, e.g. of a truck, of which the two longitudinal beams 15.1, 15.2 are shown in Figures 1 and 2.

Bei der in Lastkraftwagen häufigen Einbausituation liegen die Abgassammelrohre 4.1, 4.2 und Turbinen 5.1, 5.2 oberhalb der Längsholme 15.1, 15.2 des Fahrgestellrahmens, während der Vorschalldämpfer 8 und der Hauptschalldämpfer 13 unterhalb der Längsholme 15.1, 15.2 angeordnet sind.In the mounting situation common in trucks, the exhaust manifolds 4.1, 4.2 and 5.1, 5.2 turbines are above the longitudinal beams 15.1, 15.2 of the chassis frame, while the pre-muffler 8 and the main muffler 13 below the longitudinal struts 15.1, 15.2 are arranged.

Claims (2)

4 AT 414 294 B Zur Verbindung der oberhalb der Längsholme liegenden Auslässe der Turbinen 5.1, 5.2 mit dem unterhalb liegenden Vorschalldämpfer 8 sind die Abgasrohre 7.1, 7.2 so angeordnet, dass sie von den Turbinen 5.1, 5.2 jeweils nach unten, zwischen dem Getriebe 16 und dem jeweils benachbarten Längsholm 15.1, 15.2 hindurch und dann nach hinten führen, wo sie im Vor-5 Schalldämpfer 8 zusammengeführt sind. Zur Abschirmung des Getriebes gegen unzulässige Wärmeeinstrahlung, und zur Abschirmung des Abgases gegen Wärmeverlust können die Abgasrohre 7.1, 7.2 mit einer Isolierung 20.1, 20.2 versehen sein. Die Isolierung der Abgasrohre 7.1, 7.2 gegen Wärmeverlust kann deshalb io notwenig werden, weil das Abgas auf der Wegstrecke zwischen den Turbinen 5.1, 5.2 und dem Hydrolysekatalysator 10 zu stark abkühlen würde und so die Umsetzung vom z. B. wässriger Harnstofflösung in Ammoniak, für die hohe Abgastemperaturen erforderlich sind, nicht in der notwendigen Weise erfolgen könnte. 15 Durch die gewählte Konstruktion lassen sich einerseits die Abschirmung wärmeempfindlicher Bereiche des Fahrzeugs und andererseits der Schutz des Abgases vor zu hohem Wärmeverlust auf dem Weg bis zum Hydrolysekatalysator, in idealer Weise verbinden. Zu den bei der Abgasnachbehandlung ablaufenden chemischen Vorgängen wird auf die in der 20 Beschreibungseinleitung genannten Veröffentlichung verwiesen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungen lassen sich selbstverständlich mit dem Fachmann zugänglichem Fachwissen auf vielfältige Weise ausgestalten, ohne den grundlegenden erfinderischen Gedanken zu verlassen, es kommt diesen Ausführungsformen somit nur Beispielcha-25 rakter zu. Patentansprüche: 1. Abgasführung bei einem Nutzfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit V-förmig ange ordneten Zylinderbänken, wobei die Abgaskanäle jeweils einer Zylinderbank (2.1, 2.2) in ein gemeinsames Abgassammelrohr (4.1, 4.2) münden und die Brennkraftmaschine (1), zusammen mit einem an die Brennkraftmaschine (1) angeflanschten Getriebe (16), zwischen zwei Längsholmen (15.1, 15.2) eines Fahrgestellrahmens eines Nutzfahrzeuges so 35 angeordnet sind, dass die Abgassammelrohre (4.1, 4.2) oberhalb der Längsholme (15.1, 15.2) verlaufen und wobei ein unterhalb der Längsholme (15.1, 15.2) liegendes Abgasnachbehandlungssystem vorgesehen ist, das zumindest einen Hydrolysekatalysator (10) und stromab zu diesem einen SCR-Katalysator (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abgassammelrohr (4.1, 4.2) an seinem Ende mit dem Einlass je wenigs-40 tens einer Turbine (5.1, 5.2) wenigstens eines Abgasturboladers (6.1, 6.2) verbunden ist, die Turbine (5.1, 5.2) stromab an jeweils ein Abgasrohr (7.1, 7.2) angeschlossen ist, das nach unten, zwischen jeweils einem Längsholm (15.1, 15.2) des Fahrgestellrahmens und dem Getriebe (16) hindurch zu einem unterhalb der Längsholme (15.1, 15.2) des Fahrgestellrahmens angeordneten beiden Zylinderbänken (2.1, 2.2) gemeinsamen Vorschall-45 dämpfer (8) führt, der intern einen Hydrolysekatalysator (10) und wenigstens einen Oxida tionskatalysator (9) aufweist und dem stromab ein Hauptschalldämpfer (13) mit wenigstens einem integrierten SCR-Katalysator (14) folgt.4 AT 414 294 B For connecting the outlets of the turbines 5.1, 5.2 located above the longitudinal beams with the underlying pre-muffler 8, the exhaust pipes 7.1, 7.2 are arranged so that they from the turbines 5.1, 5.2 each down, between the gear 16 and the respective adjacent longitudinal beam 15.1, 15.2 and then lead to the rear, where they are brought together in the pre-5 silencer 8. To shield the transmission against inadmissible heat radiation, and to shield the exhaust gas against heat loss, the exhaust pipes 7.1, 7.2 may be provided with an insulation 20.1, 20.2. The isolation of the exhaust pipes 7.1, 7.2 against heat loss can therefore io be necessary because the exhaust gas would cool too much on the route between the turbines 5.1, 5.2 and the hydrolysis catalyst 10 and so the implementation of z. As aqueous urea solution in ammonia, for which high exhaust gas temperatures are required, could not be done in the necessary manner. On the one hand, the shielding of the heat-sensitive regions of the vehicle and, on the other hand, the protection of the exhaust gas from excessive heat loss on the way to the hydrolysis catalytic converter, can be ideally combined by the chosen design. Reference is made to the publications mentioned in the introduction to the description of the exhaust gas after-treatment chemical processes. Of course, the above-described embodiments can be embodied in a variety of ways with expert knowledge that is accessible to the person skilled in the art, without departing from the basic inventive idea; thus, these embodiments are given only exemplary character. 1. Exhaust system in a commercial vehicle with an internal combustion engine with V-shaped arranged cylinder banks, the exhaust ports each a cylinder bank (2.1, 2.2) in a common exhaust manifold (4.1, 4.2) open and the internal combustion engine (1), together with a to the internal combustion engine (1) flanged gear (16) between two longitudinal members (15.1, 15.2) of a chassis frame of a commercial vehicle so 35 are arranged, that the exhaust manifolds (4.1, 4.2) above the longitudinal beams (15.1, 15.2) extend and wherein a below the exhaust gas aftertreatment system (15.1, 15.2) is provided which comprises at least one hydrolysis catalytic converter (10) and downstream of it an SCR catalytic converter (14), characterized in that each exhaust gas collector tube (4.1, 4.2) is connected at its end to the inlet each least-at least one turbine (5.1, 5.2) of at least one exhaust gas turbocharger (6.1, 6.2) is connected, the turbine (5.1, 5.2) downstream of jewe ils an exhaust pipe (7.1, 7.2) is connected, the down, between each one longitudinal spar (15.1, 15.2) of the chassis frame and the transmission (16) through to a below the longitudinal beams (15.1, 15.2) of the chassis frame arranged two cylinder banks (2.1 , 2.2) common pre-silencer (8) leads, internally a hydrolysis catalyst (10) and at least one Oxida tion catalyst (9) and the downstream of a main silencer (13) with at least one integrated SCR catalyst (14) follows. 2. Abgasführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrohre (7.1, 7.2), so zumindest in dem Bereich in dem sie zwischen dem Getriebe (16) und den Längsholmen (15.1,15.2) des Fahrgestellrahmens hindurch führen, wärmeisoliert sind. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 552. Exhaust system according to claim 1, characterized in that the exhaust pipes (7.1, 7.2), so at least in the area in which they lead between the transmission (16) and the longitudinal members (15.1,15.2) of the chassis frame, are thermally insulated. For this 2 sheets of drawings 55
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