DE102005011657A1 - Abgasanlage für eine Dieselbrennkraftmaschine und elektrisches Verdampferrohr zur Verwendung bei einer derartigen Abgasanlage - Google Patents

Abgasanlage für eine Dieselbrennkraftmaschine und elektrisches Verdampferrohr zur Verwendung bei einer derartigen Abgasanlage Download PDF

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Abstract

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung, in der ein Katalysator (11) und ein Rußfilter (13) angeordnet sind. In Abgasströmungsrichtung (15) vor dem Katalysator (11) ist ein elektrisches Verdampferrohr (1) in Form eines Heizleiters vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Dieselbrennkraftmaschine mit einer Abgasleitung, in der ein Katalysator und/oder ein Rußfilter angeordnet sind, sowie ein elektrisches Verdampferrohr zur Verwendung bei einer derartigen Anlage.
  • Abgasanlagen für eine Dieselbrennkraftmaschine sind heutzutage mit Katalysatoren und/oder Rußfiltern ausgerüstet, um die Schadstoffemission so gering wie möglich zu halten.
  • Um die Funktion bei allen Fahrzuständen zu gewährleisten und damit die Schadstoffminderung zu erhöhen, werden dem Ab gas Brennstoffe oder sonstige Additive, wie Dieselkraftstoff, Harnstoff, festes Ferocen zugeführt. Durch deren Verdampfung und Additivierung werden die Zündtemperatur des Abgases und die Wirkung der Rußfilterregeneration erhöht.
    •
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen höheren Wirkungsgrad hinsichtlich der Verminderung der Emission von Schadstoffen hat, sowie ein elektrisches Verdampferrohr zur Verwendung bei einer derartigen Abgasanlage zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Abgasanlage nach dem Patentanspruch 1, sowie ein elektrisches Verdampferrohr nach dem Patentanspruch 9 gelöst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage kann aufgrund der Anordnung des elektrischen Verdampferrohrs eine gegebene Menge an Additiven, wie Dieselkraftstoff, Harnstoff, festes Ferocen oder sonstiges innerhalb einer gewissen Zeit verdampft und der Rußfilterregeneration zugeführt werden. Dabei wird gleichzeitig das Abgas erwärmt.
  • Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasanlage sowie des erfindungsgemäßen elektrischen Verdampferrohrs sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8 sowie 10 bis 16.
    •
  • Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Es zeigen
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdampfers,
  • 2 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdampfers,
  • 3 in einer perspektivischen Ansicht das Endstück eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verdampfers,
  • 4 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verdampfers, und
  • 5 in einer schematischen Teilschnittansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasanlage mit dem in 1 dargestellten elektrischen Verdampfer.
  • Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verdampfers ist in Form eines elektrischen Verdampferrohres 1 ausgebildet, das wendelförmig gestaltet ist, d.h. eine Form einer Kombination einer Spirale und einer Helix hat und den axial hindurchströmenden Massenstrom gleichrichtet.
  • Das elektrische Verdampferrohr 1 ist als Heizleiter ausgebildet und daher mit einem elektrischen Anschluss 4 und einem Masseanschluss 5 zur Stromversorgung versehen. Ein Hydraulikanschluss 3 an einem Ende dient dazu, die zu verdampfenden Stoffe, d.h. die Additive einzuführen, wobei der im Verdampferrohr 1 daraufhin erzeugte Dampf an einem Dampfaustrittsloch 2 am anderen Ende austritt.
  • Das in 1 dargestellte Verdampferrohr 1 kann als eine kombinierte Einrichtung aus einem Verdampfer und einer Luftvorwärmungseinrichtung eingesetzt werden, die ein an dem Anschluss 1 eingeführtes Medium verdampft und einen Luftstrom, beispielsweise einen Abgasstrom, vorwärmt, der in axialer Richtung durch den in 1 dargestellten Verdampfer strömt. Dabei wird dieser durchströmende Gas- insbesondere Abgasstrom gleichgerichtet.
  • Durch die Gleichrichtung des Abgasstromes wird eine bessere Rußfilterregeneration durch eine bessere Verteilung des verdampfenden Mediums, d.h. des Additivs erzielt, wenn der Verdampfer in einer Abgasanlage einer Dieselbrennkraftmaschine eingesetzt wird, die mit einem Rußfilter ausgerüstet ist.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verdampfers in Form eines linearen Rohres, bei dem unterschiedliche Durchmesserübergänge, beispielsweise ein Durchmesserübergang 6 stufenförmig von einem kleineren Durchmesser auf einen größeren Durchmesser sowie ein stetiger Durchmesserübergang 7 im Winkel zur Axialrichtung vorgesehen sind. Dadurch ergeben sich Räume im Verdampfer, die den Verdampfungsphasen des zu erhitzenden Mediums so entsprechen, dass im Verdampferrohr 1 kein zu hoher Überdruck entsteht. Diese Räume ermöglichen eine Ausdehnung des zu verdampfenden und zu erwärmenden Mediums, so dass kein Überdruck erzeugt und kein unverdampftes Medium herausgedrückt wird.
  • 3 zeigt das Endstück eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Verdampfers mit einer Mehrlochverteilerdüse 8, die mit Dampfaustrittslöchern 2 für den austretenden Dampf des verdampften Mediums versehen ist. Dadurch wird eine bessere Verteilung des verdampften Mediums erzielt.
  • Wie es in 3 weiterhin dargestellt ist, kann das Verdampferrohr je nach Anwendung verschiedene Querschnitte haben. Als mögliche Querschnitte bieten sich ovale oder flache Querschnitte zur Oberflächenvergrößerung, um eine bessere Benetzung zu erzielen, oder runde oder eckige, insbesondere vieleckige Querschnitte an, um Volumenänderungen zu erzielen, wie es beispielsweise anhand von 2 beschrieben wurde.
  • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines elektrischen Verdampfers, das aus einzelnen Verdampferrohrstücken 14 aufgebaut ist, die über Ringe miteinander verbunden sind. Der Ring 9 dient als Verteilerring, der die Verdampferrohrstücke 14 speist, die geradlinig ausgebildet sind. Die Anschlüsse bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind ge nauso ausgebildet, wie es bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
  • Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verdampfung in den Verdampferrohrstücke 14, wobei der dabei erzeugte Dampf an den Austrittslöchern 2 am Ende der Verdampferrohre 14 austritt.
  • 5 zeigt eine Abgasanlage mit einem Katalysator 11, einem Rußfilter 13 und einem elektrischen Verdampfer, wobei in 5 als Ausführungsbeispiel das in 1 dargestellte Verdampferrohr 1 vorgesehen ist.
  • Das Verdampferrohr 1 bei der in 5 dargestellten Abgasanlage dient zur kombinierten Abgasvorwärmung (für NOX Katalysatoren) und Additivverdampfung (Rußfilteraufladung zum Zünden).
  • Das Verdampferrohr 1 ist gemäß 5 in Strömungsrichtung stromaufwärts vom Katalysator 11 angeordnet und mit einem Verbindungsrohr 16 verbunden, das an seinem Ende mit einer Mehrlochdüse 8 versehen ist.
  • Die Wirkungsweise des Verdampfers bei der in 5 dargestellten Abgasanlage besteht zum einen darin, dass die durchströmenden Abgase zum Anwärmen des Katalysators 11 vorgewärmt werden und dass zum anderen ein Additiv zur Regeneration eines nachgeschalteten Rußfilters 13 verdampft wird. Durch die Mehrlochdüse 8 in der Dampfzone 12 wird das Additiv verteilt, so dass es sich gut durchmischen kann. Wenn der elektrische Verdampfer nur zur Vorwärmung des Katalysators 11 benutzt wird, kann die Zuführung des Additivs geschlossen bleiben.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können wahlweise verschiedene Stoffe beispielsweise Dieselbrennstoffe oder Additive wie flüssiger Harnstoff dadurch verdampft werden, dass diese über ein dementsprechend vorgesehenes Y-Stück wahlweise zugeführt werden.

Claims (16)

  1. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasleitung, in der ein Katalysator und/oder ein Rußfilter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Abgasströmungsrichtung vor dem Katalysator oder dem Rußfilter ein elektrisches Verdampferrohr in Form eines Heizleiters vorgesehen ist.
  2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampferrohr unterschiedliche Querschnitte aufweist.
  3. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende des Verdampferrohres eine Mehrlochdüse mit Dampfaustrittslöchern vorgesehen ist.
  4. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verdampferrohr aus einer Rohrwendel besteht, deren Achse parallel zur Achse der Abgasleitung verläuft.
  5. Abgasanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel kreiskegelstumpffförmig ausgebildet ist.
  6. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verdampferrohr aus mehreren parallel zur Achse der Abgasleitung verlaufenden Verdampferrohrstücken besteht, die an einem Ende über einen Verteiler ring verbunden sind, und deren anderes Ende, das mit Dampfaustrittslöchern versehen ist, in einem Ringbauteil sitzt.
  7. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Verdampferrohr mit einer Zuführung für das zu verdampfende Medium versehen ist, die wahlweise verschiedene Medien zuführen kann.
  8. Abgasanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung in Form eines Y-Stückes ausgebildet ist.
  9. Elektrisches Verdampferrohr zur Verwendung bei einer Abgasanlage nach Anspruch 1, das in Form eines elektrischen Heizleiters ausgebildet ist.
  10. Verdampferrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es unterschiedliche Querschnitte aufweist.
  11. Verdampferrohr nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an seinem einem Ende eine Mehrlochdüse mit Dampfaustrittslöchern vorgesehen ist.
  12. Verdampferrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Rohrwendel besteht.
  13. Verdampferrohr nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwendel kreiskegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  14. Verdampferrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren parallelen Verdampferrohrstü cken besteht, die an einem Ende über einen Verteilerring verbunden sind, und deren anderes Ende, das mit Dampfaustrittslöchern versehen, in einem Ringbauteil sitzt.
  15. Verdampferrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch eine Zuführung für das zu verdampfende Medium, die wahlweise verschiedene Medien zuführen kann.
  16. Verdampferrohr nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung in Form eines Y-Stücks ausgebildet ist.
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