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Die
Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
der
WO 99/39809 A1 ist
eine Abgasanlage für
ein Kraftfahrzeug bekannt, die eine erste Abgasreinigungseinrichtung
und eine der ersten Abgasreinigungseinrichtung nachgeschaltete zweite
Reinigungseinrichtung aufweist. Dabei ist die erste Abgasreinigungseinrichtung
als Hintereinanderschaltung eines Oxidationskatalysators und eines
Partikelfilters ausgebildet, während
die zweite Abgasreinigungseinrichtung als SCR-Katalysator ausgebildet
ist. Zwischen der ersten und der zweiten Abgasreinigungseinrichtung
ist eine Zugabevorrichtung zur Zugabe einer Reduktionsflüssigkeit
in das Abgas vorgesehen. Abgasanlagen dieser Art können aufgrund
ihrer Größe meist
nicht vollständig
im Motorraum des Kraftfahrzeugs untergebracht werden und sind deshalb üblicherweise
wenigstens teilweise im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Eine Schwierigkeit bei Abgasanlagen der genannten Art besteht darin,
dass die Zugabevorrichtung von heißen Abgasen oder heißen Abgasleitungsbestandteilen übermäßig aufgeheizt
wird. Dadurch kann es zu einer zumindest zeitweisen Betriebsstörung der
Abgasanlage kommen. Bei stärkerer
Temperaturbelastung können
auch irreversible Beschädigungen
der Zugabevorrichtung auftreten.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungseinrichtung mit einer
verbesserten Betriebszuverlässigkeit
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Für die erfindungsgemäße Abgasanlage
ist eine die Zugabevorrichtung gegenüber der Bodenkonstruktion des
Kraftfahrzeugs im wesentlichen abschirmende Strömungsleitvorrichtung für Umgebungsluft
derart vorgesehen, dass bei in normaler Fahrtrichtung bewegtem Kraftfahrzeug
Umgebungsluft im fahrbahnseitigen Unterbodenbereich zur Zugabevorrichtung
geleitet wird. Infolge des von der Strömungsleitvorrichtung auf die
Zugabevorrichtung geleiteten Umgebungsluftstroms wird die Zugabevorrichtung
gekühlt.
Auf diese Weise werden Überhitzungen
der Zugabevorrichtung und dadurch bedingte Betriebsstörungen der
Abgasanlage vermieden. Zudem kann auf eine Verwendung von teuren,
besonders hitzebeständig
ausgeführten
Bauteilen für
die Zugabevorrichtung verzichtet werden, so dass sich geringere
Fertigungskosten ergeben.
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Die
Zugabevorrichtung ist zur Zugabe eines fluiden Zuschlagstoffes in
einen Abgasleitungsabschnitt ausgebildet, der einen Abgasauslassbereich der
ersten Abgasreinigungseinrichtung mit einem Abgaseinlassbereich
der zweiten Abgasreinigungseinrichtung verbindet. Bei dem Zuschlagstoff
kann es sich um einen gasförmigen
Stoff, wie Luft oder einen gasförmigen
Brennstoff sowie ferner um einen flüssigen Stoff, wie Kraftstoff
oder ein wässriges
Medium handeln. Als Zuschlagstoff kommt jedoch auch eine aerosolartige
Luft-Flüssigkeitsmischung
in Frage. Demgemäß kann die
Zugabevorrichtung beispielsweise als Sekundärluftzufuhreinrichtung oder
als Injektor, Düse
oder Ventil ausgebildet sein. Die Zugabevorrichtung umfasst daher
entsprechende Anschlüsse
für die Zufuhr
und gegebenenfalls einen Rücklauf
für den
Zuschlagstoff auf. Ferner können Anschlüsse für Betriebsstoffe
wie Schmier- oder Kühlmittel
und elektrische Anschlüsse
vorgesehen sein.
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Die
erste und/oder die zweite Abgasreinigungseinrichtung können als
katalytischer Konverter oder Partikelfiltereinheit, gegebenenfalls
auch in Kombination, ausgeführt
sein. Typischerweise sind diese Einheiten ganz oder zumindest teilweise
im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dabei wird als
Unterbodenbereich der zwischen der Fahrbahnoberfläche und
einer Fahrzeugbodenkonstruktion des Kraftfahrzeugs liegende Zwischenraum verstanden.
Die Fahrzeugbodenkonstruktion umfasst dabei typischerweise als flache
Formteile ausgebildete Bauteile, welche das Fahrzeug zur Fahrbahnseite
hin abgrenzen. Diese können
beispielsweise als Unterbodenverkleidung, Unterfahrschutz, Abschirmblech
oder Geräuschkapselung
ausgebildet sein.
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Die
Strömungsleitvorrichtung
ist vorzugsweise als Leitblech ausgebildet und so angeordnet und geformt,
dass bei normal bewegtem Fahrzeug im Unterbodenbereich vorhandener
Fahrtwind bzw. kühle Umgebungsluft
in Richtung auf die Zugabevorrichtung geleitet wird. Vorzugsweise
ist die Strömungsleitvorrichtung
als separates Bauteil ausgebildet, welches an einem Teil der Abgasreinigungseinrichtung und/oder
an der Fahrzeugunterbodenkonstruktion insbesondere lösbar befestigt
ist. Die Strömungsleitvorrichtung
kann jedoch auch als integraler Bestandteil eines Teils der Unterbodenkonstruktion
ausgebildet sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strömungsleitvorrichtung
aerodynamisch günstig
geformt ist, so dass die Strömungsleitung
unter weitgehender Vermeidung einer Verwirbelungen bzw. weitgehend staudruckfrei
erfolgt. Auf diese Weise werden eine Erhöhung des Fahrwiderstandes und
der Fahrgeräusche
vermieden.
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Die
Strömungsleitvorrichtung
kann dabei in vorteilhafter Weise zusätzlich so angeordnet bzw. geformt
sein, dass die Zugabevorrichtung von einer von den Abgasreinigungseinrichtungen
oder von Abgasleitungsteilen ausgehenden Wärmestrahlung bzw. Konvektion
abgeschirmt ist. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung derart,
dass die Zugabevorrichtung zusätzlich
von aus dem Motorraum des Kraftfahrzeugs in Richtung Unterbodenbereich
austretenden heißen
Luftströmungen
geschützt
ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Strömungsleitvorrichtung
von der Zugabevorrichtung bis in den Abgasauslassbereich der ersten
Abgasreinigungseinrichtung. Auf diese Weise ist eine wirksame Abschirmung
von dem meist stark erhitzten Abgasauslassbereich der ersten Abgasreinigungseinrichtung
sichergestellt. Zudem ist eine vorteilhafte Strömungsführung von vergleichsweise kalter
Umgebungsluft im Unterbodenbereich ermöglicht. Es kann auch vorgesehen
sein, dass die Strömungsleitvorrichtung
die Zugabevorrichtung überlappend
abdeckt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung schirmt die Strömungsleitvorrichtung
den Abgasauslassbereich der ersten Abgasreinigungseinrichtung wenigstens
teilweise gegenüber
dem fahrbahnseitigen Unterbodenbereich ab. Die Strömungsleitvorrichtung
ist somit wenigstens teilweise unterhalb des Abgasauslassbereichs
der ersten Abgasreinigungseinrichtung angeordnet. Dadurch wird im
Wesentlichen vermieden, dass dort Fahrtwind auftreffen, sich erhitzen
und weiter auf die Zugabevorrichtung geleitet werden kann. In vorteilhafter
Weise wird somit eine Bildung von erhitzten Luftströmungen unterdrückt, welche
insbesondere vom Abgasauslassbereich der ersten Abgasreinigungseinrichtung
ausgehen und die Zugabevorrichtung anströmen können. Dabei kann vorgesehen
sein, dass die Strömungsleitvorrichtung
neben dem Abgasauslassbereich zusätzlich weitere Bereiche der
ersten Abgasreinigungseinrichtung gegenüber dem fahrbahnseitigen Unterbodenbereich
abschirmt.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleitvorrichtung als dünnes Formteil ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst die Strömungsleitvorrichtung
ein umgeformtes Blechteil mit einer Materialstärke von etwa 0,2 mm bis 2,0
mm. Dabei können
zur Unterstützung
der Strömungsleitvorrichtung
auch Durchbrechungen, insbesondere mit schaufelförmiger Ausbildung vorgesehen
sein. Das Blechteil kann zudem als Träger für darauf aufgebrachte Schichten
oder Anbauteile wie beispielsweise Halterungen dienen.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleitvorrichtung aus einem
Material gefertigt, welches schalldämmend wirkende Bestandteile
aufweist. Damit ist in vorteilhafter Weise die strömungsleitende
Wirkung mit einer akustischen Dämpfung
verbunden. Eine von der Abgasanlage bzw. von der Unterbodenkonstruktion
oder von der Zugabevorrichtung ausgehende Geräuschemission wird somit vermindert.
Neben einer Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit der Abgasanlage wird
in vorteilhafter Weise eine Verbesserung des Fahrzeugkomforteindrucks
erreicht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Strömungsleitvorrichtung aus einem
Verbundmaterial, umfassend ein insbesondere geschäumt ausgeführtes Absorbermaterial
gefertigt. Dadurch ergibt sich bei gleichzeitig leichter Bauweise
eine hohe Formstabilität.
Durch die vorzugsweise vorgesehene schaumförmig ausgebildete Schicht kann
auf konstruktiv einfache Weise eine schalldämmende Funktion erzielt werden.
Bei dieser Schicht kann es sich um einen Metallschaum oder um einen
Kunststoffschaum handeln.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Abgasleitungsabschnitt
einen insbesondere S-förmig
gebogenen Teilbereich auf, wobei die Zugabevorrichtung an dem in
Abgasströmungsrichtung gesehen
stromabwärtigen
Ende des gebogenen Teilbereichs angeordnet ist. Diese Anordnung
der Zugabevorrichtung an einem Übergang
von einem gebogenen zu einem gerade verlaufenden Bereich des Abgasleitungsabschnitts
ermöglicht
einerseits eine besonders wirkungsvolle Abschirmung der Zugabevorrichtung
vor Wärmestrahlung
und Konvektion ausgehend von heißen Teilen der Abgasanlage
mittels einer unkompliziert geformten Strömungsleitvorrichtung. Andererseits
ist dadurch eine zur Abgasströmung
annähernd
gleichgerichtete Einbringung des Zuschlagstoffes in den geradlinig
verlaufenden Bereich des Abgasleitungsabschnitts ermöglicht,
wodurch eine Innenwandbenetzung des Abgasleitungsabschnitts bei
Einsatz eines flüssigen
Zuschlagstoffes weitgehend vermieden werden kann.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden
nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und
nachfolgend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination,
sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Unterbodenbereichs eines Kraftfahrzeugs
mit einer zugehörigen
Abgasanlage,
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2 eine
Einzelheit des Unterbodenbereichs gemäß 1,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung eines Teilbereichs der Abgasanlage
gemäß 1,
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4 eine
schematische Seitenansicht der Abgasanlage gemäß 1 und
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5 eine
Querschnittsdarstellung eines vorzugsweise eingesetzten Verbundmaterials
für eine
Strömungsleitvorrichtung
der erfindungsgemäßen Abgasanlage.
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Nachfolgend
wird unter Bezug auf 1 und 2 auf eine
vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Abgasanlage
und auf deren Anordnung im Unterbodenbereich eines zugehörigen Kraftfahrzeugs
eingegangen.
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1 zeigt
eine Übersicht über einen
zum vorderen Fahrzeugteil gehörenden
Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs. In der von unten, das heißt von einer
Fahrbahnoberfläche
aus gesehenen Ansicht sind insbesondere Teile der Fahrzeug-Unterbodenkonstruktion,
wie eine Unterbodenverkleidung 1, eine als Unterfahrschutz
und Geräuschkapselung dienende
Abdeckung 2, eine untere Motorraumabdeckung 3 sowie
ein Abschirmblech 4 für
eine Abgasanlage 5 zu erkennen. Mit dargestellt sind Teile
einer Vorderachskonstruktion 6, ein Motorquerträger 7 sowie
ein Verteilergetriebe 8. Der hier dargestellte Teil der
Abgasanlage 5 umfasst eine erste Abgasreinigungseinrichtung 9 sowie
eine nachgeschaltete zweite Abgasreinigungseinrichtung 10.
Dabei ist ein in den Motorraum geführter Teil der ersten Abgasreinigungseinrichtung 9 von
der Abdeckung 2 verdeckt und von der zweiten Abgasreinigungseinrichtung 10 lediglich
ein Abgaseinlassbereich dargestellt. Ein Abgasleitungsabschnitt 11 verbindet
einen Abgasauslassbereich der ersten Abgasreinigungseinrichtung 9 mit
dem Abgaseinlassbereich der zweiten Abgasreinigungseinrichtung 10.
Eine Strebe 12 dient zur Abstützung der Abgasanlage. Zur
Zugabe insbesondere von in flüssiger
Form oder als Aerosol vorliegender Harnstofflösung ist eine Zugabevorrichtung 13 am stromabwärtigen Ende
eines S-förmig
gebogenen Teilbereichs 11a des Abgasleitungsabschnitts 11 angeordnet,
was deutlicher in der in 2 gezeigten Darstellung einer
Einzelheit des Unterbodenbereichs zu erkennen ist.
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Entsprechend
ihrer Anordnung an dem sich an die erste Abgasreinigungseinrichtung 9 anschließenden Abgasleitungsabschnitt 11 ist
die Zugabevorrichtung 13 unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere
bei einer erhöhten
Leistungsabgabe des Antriebsmotors einer erhöhten Temperaturbeanspruchung
ausgesetzt. Um diese Temperaturbeanspruchung zu vermindern, ist
für die
Abgasanlage 5 erfindungsgemäß eine Strömungsleitvorrichtung 14 vorgesehen.
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Zur
Erläuterung
der sich durch die Strömungsleitvorrichtung 14 ergebenden
Wirkungen wird nachfolgend zusätzlich
Bezug auf die schematische Darstellung der 3 genommen,
in welcher eine Seitenansicht von in 1 dargestellten
Bauteilen im Längsschnitt
wiedergegeben ist.
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Die
Strömungsleitvorrichtung 14 ist
wie dargestellt vorzugsweise als ein aus- oder umgeformtes Flachmaterial-Bauteil
ausgebildet, das sich vom gebogenen Teilbereich 11a des
Abgasleitungsabschnitts 11 bis zum Abgasauslassbereich 9c der
ersten Abgasreinigungseinrichtung 9 erstreckt und die Zugabe vorrichtung 13 teilweise
umgibt. Je nach Größe der Abgasanlage
und dem zu Verfügung
stehen Bauraum beträgt
die größte Längsausdehnung
etwa 200 mm bis 500 mm, die größte Querausdehnung etwa
50 mm bis 200 mm. Die Strömungsleitvorrichtung 14 ist
derart ausgeführt
und angeordnet, dass einerseits die Zugabevorrichtung 13 in
Richtung zum darüber
angeordneten Abschirmblech 4 hin abgedeckt ist und andererseits
der Abgasauslassbereich 9c der ersten Abgasreinigungseinrichtung 9 teilweise gegenüber dem
fahrbahnseitigen Unterbodenbereich abgeschirmt ist. Infolge dieser
Ausführungsform
und Anordnung erfüllt
die Strömungsleitvorrichtung 14 mehrere
Funktionen.
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Einerseits
ist sie in der Lage, bei normaler Fahrt des Kraftfahrzeugs vergleichsweise
kühle Umgebungsluft
bzw. Fahrtwind im fahrbahnseitigen Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs
zur Zugabevorrichtung 13 zu leiten und diese somit zu kühlen. Eine sich
vorzugsweise ausbildende Strömung
ist durch den durchgezogenen Pfeil 15 schematisch dargestellt.
Dabei ist ersichtlich, dass die Strömungsleitfunktion auf einer
aerodynamisch bedingten Sogwirkung ähnlich wie bei einer Flugzeugtragfläche beruht.
Dies steht im Gegensatz zu einer Strömungsumlenkung infolge einer
Aufstauwirkung, wie sie von einem Staublech oder einer Hutze zu
eigen ist.
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Andererseits
schirmt die Strömungsleitvorrichtung 14 die
Zugabevorrichtung 13 vor einer von heißen Teilen der Abgasanlage,
insbesondere vom Abgasauslassbereich 9c der ersten Abgasreinigungseinrichtung 9 ausgehenden
und durch gepunktete Pfeile 17 schematisch dargestellte
Wärmestrahlung
ab. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die erste Abgasreinigungseinrichtung 9 einen
durch thermischen Russabbrand regenerierbaren Partikelfilter 9b umfasst,
da sich bei einer thermischen Partikelfilterregeneration Abgastemperaturen
von 600°C
und entsprechend erhitzte Abgasanlagenbestandteile ergeben. In diesem
Fall ist es aus Gründen
der Verfahrensführung
bei der Regeneration des Partikelfilters 9b vorteilhaft,
wenn die erste Abgasreinigungseinrichtung 9 ferner einen
vorgeschalteten Oxidationskatalysator 9a umfasst.
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Weiterhin
ist die Strömungsleiteinrichtung 14 bevorzugt
derart ausgebildet bzw. angeordnet, dass ein Kontakt der Zugabevorrichtung 13 mit
an heißen Teilen
der Abgasanlage 5 aufgeheizter Umgebungsluft weitgehend
vermieden wird. Eine sich bevorzugt ausbildende Strömung von
Heißluft
im Bereich zwischen Abgasanlage 5 und Abschirmblech 4 ist
durch den gestrichelten Pfeil 16 schematisch dargestellt. Wie
in 3 veranschaulicht, ist somit einerseits eine Wärmezufuhr
zur Zugabevorrichtung 13 durch Abschirmung von Wärmestrahlung
und Konvektion verringert, andererseits wird eine Wärmeabfuhr durch
die bewirkte Umgebungsluftströmung
im fahrbahnseitigen Unterbodenbereich erreicht. Infolge dieser sich
in vorteilhafter Weise addierenden Effekte kann die Temperatur der
Zugabevorrichtung 13 niedrig gehalten werden. Dadurch werden
durch Überhitzung
verursachte Betriebsstörungen
und Ausfälle vermieden.
Gleichzeitig können
die Zugabevorrichtung 13 sowie zugeordnete Anschlüsse und
Leitungen aus weniger hitzbeständigem
Material und somit preisgünstiger
ausgeführt
werden.
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In 4 ist
zur weiteren Verdeutlichung eine perspektivische Seitenansicht der
in 1 von unten dargestellten Abgasanlage 5 gezeigt.
Insbesondere erkennbar ist eine bevorzugt vorgesehene muschelförmige Ausformung
der Strömungsleitvorrichtung 14,
in der die Zugabevorrichtung 13 vorzugsweise größtenteils
angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei welcher die Zugabevorrichtung 13 zur Fahrzeugseite
hin nahezu halbkugelförmig
bzw. über
einen Raumwinkel von annähernd
2 π von
der Strömungsleitvorrichtung 14 umgeben
ist. Die Ausformung der Strömungsleitvorrichtung 14 bewirkt
einen lokalen aerodynamischen Saugeffekt für im Unterbodenbereich vorhandenen
Fahrtwind bzw. Umgebungsluftströmungen,
so dass kühle
Umgebungsluft zur Zugabevorrichtung 13 geleitet wird. Infolge
dieser strömungsgünstigen
Gestalt wird die Fahrzeugumströmung
nur geringfügig
bzw. vernachlässigbar
gestört
und es wird – im
Gegensatz zu einer Verwendung von Staudruck erzeugenden Bauteilen wie
einer Lufthutze oder einer Nacadüse – eine Vergrößerung des
Fahrzeug-Luftwiderstandswiderstands (cW-Wert)
vermieden.
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Was
die materialbezogene Ausgestaltung der Strömungsleitvorrichtung 14 betrifft,
so ist es besonders bevorzugt, diese aus einem Verbundwerkstoff
mit schalldämmenden
Eigenschaften zu fertigen. Neben den erläuterten Abschirm- und Strömungsleitwirkungen
ergibt sich dadurch eine Verringerung der Intensität des vom
Fahrzeug bzw. von der Zugabevorrichtung abgestrahlten Schalls. Bevorzugt ist
eine geschichtete Ausführungsform
der Strömungsleitvorrichtung 14 derart,
dass auf einem Träger,
der vorzugsweise aus einem dünnen
umgeformten Metallblech gebildet ist, eine schallabsorbierend wirkende
Beschichtung oder Lage aufgebracht ist. In 5 ist eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
in einer schematischen Schnittansicht dargestellt.
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Gemäß 5 umfasst
eine bevorzugte Ausführungsform
des für
die Strömungsleitvorrichtung 14 vorgesehenen
Verbundmaterials einen dünnen
metallischen Träger 18 mit
einer Materialstärke
im Bereich von etwa 0,5 mm bis 2 mm. Darauf folgt eine Schicht aus
schalldämmend
wirkendem Absorbermaterial 19 wie beispielsweise einem
Aluminium- oder Kunststoffschaum oder einem aus Glas- oder Silikatfasern
gebildetem Material. Die bevorzugte Materialstärke beträgt etwa 2 mm bis 20 mm. Als
Abdeckung kann eine vorzugsweise mikroperforiert ausgebildete dünne Folie 21 mit
etwa 0,05 mm Materialstärke
vorgesehen sein. Zur Erhöhung
der mechanischen Stabilität
ist vorzugsweise ein genoppt und/oder gelocht ausgeführtes Deckblech 20 vorgesehen,
welches bevorzugt eine Materialstärke im Bereich von etwa 1,0
mm bis 5,0 mm aufweist. Der Noppen- bzw. Lochdurchmesser kann beispielsweise etwa
2 mm bis 6 mm. Dabei ist es bevorzugt, wenn die genannten Abmessungen
und/oder der Lochanteil des Deckblechs in Abhängigkeit vom Frequenzbereich
des zu dämpfenden
Schalls gewählt
werden. Vorzugsweise wird die Strömungsleitvorrichtung 14 so
ausgeführt,
dass die Absorbermaterialseite die der Zugabevorrichtung 13 zugewandte
Seite ist.