-
Stand der Technik
-
Fahrzeuge
mit Verbrennungsmotoren erzeugen Stickoxid- und Ruß-enthaltende
Abgase. Zur Entfernung der Stickoxide wird ein Speicherkatalysator
oder ein SCR-Katalysator verwendet. Zur Reduzierung der Russpartikel
werden ein Partikelfilter und ein vorgeschalteter Oxidationskatalysator
verwendet. Der zu diesen Katalysatoren führende Abgasstrom wird durch
Einspritzen von verschiedenen Stoffen nachbehandelt. Während der
Speicherkatalysator und der Oxidationskatalysator einen Abgasstrom
erhalten, dem Diesel zugesetzt wurde, wird im SCR-Verfahren dem
zum Katalysator führenden
Abgasstrom ein Reduktionsmittel, beispielsweise wässrige Harnstofflösung, zugesetzt.
-
In
allen Abgas-Nachbehandlungssystemen muss daher das Abgasableitungsrohr
zum Einmischen der jeweiligen Substanz unterbrochen werden. Ferner
müssen
einzelne, im Abgasstrom angeordnete Mischermodule vorgesehen werden,
um die jeweilige zugesetzte Substanz homogen in dem Abgas zu verteilen.
Damit wird eine hohe Effizienz gewährleistet und um im Falle der
Reduzierung der Rußpartikel eine
hohe Haltbarkeit des Oxidkatalysators ermöglicht.
-
Gemäß dem Stand
der Technik werden vollständige
Auspuffanlagen mit geeigneten Anschlüssen und einzelnen diskreten
Mischermodulen vorgesehen, die daran angeschlossen werden. Dies
führt zu
einem hohem Montageaufwand und zu potentiellen Fehlerquellen. Andere
Anlagen umfassen mehrere diskrete Bauteile, deren Montage aufwändig ist.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße Lösung bietet
gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil, dass Aufbau und Montage kostengünstiger,
weniger aufwändig und
kompakter sind. Der Einbau der einzelnen Module, beispielsweise
des Mischers und das Dosiermodul, gestaltet sich einfacher. Ferner
kann, im Gegensatz zum Stand der Technik, ein einziges System für alle oben
genannten Abgasmanipulationssysteme verwendet werden. Folglich ergibt
sich ein einheitlicher Herstellungsprozess für alle oben genannten Systeme,
wodurch Kosten und Aufwand bei Herstellung, Montage und Wartung
deutlich reduziert werden können.
-
Erfindungsgemäß wird eine
Verbindungseinheit zur Montage in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine
vorgesehen, die ein Rohrstück
zur Zwischenschaltung in dem Abgasstrang aufweist, wobei das Rohrstück einen
weiteren Zugang von der Außenseite
des Rohrstücks
umfasst, der in das Innere des Rohrstücks führt und dafür vorgesehen ist, Zusätze in das
Rohrstück
einzubringen, die von einem Dosiermodul stammen. In einer vorteilhaften
Ausführung
kann das Dosiermodul direkt mit der Verbindungseinheit über einen
Adapter verbunden werden, über
den das Dosiermodul die Zusätze in
das Innere des Rohrstücks
einbringen kann. Vorzugsweise ist der Adapter einteilig mit der
Verbindungseinheit ausgebildet oder kraftschlüssig, beispielsweise einsteckbar,
mit dieser trennbar verbunden. Vorteilhafterweise umfasst die Verbindungseinheit
ein Dosierventil und bildet so ein Dosiermodul. Alternativ wird
der Adapter für
das Dosierventil direkt mit dem Abgasrohr verbunden oder an einen
Flansch des Rohrstücks
formschlüssig
angebracht. Vorzugsweise umfasst das Rohrstück der Verbindungseinheit einen
Mischer, der kraftschlüssig
mit dem Rohrstück verbunden
ist, oder der einteilig mit dem Rohrstück ausgebildet ist, wobei der
Mischer entweder vor oder nach dem Zugang angeschlossen ist. Das
Rohrstück kann
auch zwei Mischer enthalten, die vor beziehungsweise nach dem Zugang
angeordnet sind. Der Zugang ist hierbei zwischen dem stromaufwärtigen und
dem stromabwärtigen
Stirnende des Rohrstücks angeordnet.
-
Mit
diesen wahlweise vorgesehenen Mischern wird eine homogenere Verteilung
des Zusatzes im Abgasstrom erreicht, wobei gleichzeitig keine zusätzlichen
Montageschritte notwendig sind, da durch die Montage des Rohrstücks gleichzeitig
die beiden oder der einzelne Mischer mit in den Abgasstrom eingebracht
werden bzw. wird.
-
Das
Dosiermodul kann direkt über
den Zugang oder über
einen Flansch an die Verbindungseinheit angeschlossen werden. Der
für das
Dosiermodul vorgesehene Flansch kann einteilig mit der Verbindungseinheit
vorgesehen werden, oder kann kraftschlüssig mit dieser verbunden sein.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist die erfindungsgemäße Verbindungseinheit
mit einem Abgasrohr verbunden, indem es mit dem Abgasrohr formschlüssig oder
kraftschlüssig
verbunden ist. Alternativ kann die Verbindungseinheit einteilig
mit dem Abgasrohr vorgesehen werden. Auf diese Weise lassen sich
weitere Montageschritte einsparen, indem durch die Montage des Abgasrohrs
auch gleichzeitig die Verbindungseinheit für das Dosiermodul montiert wird.
-
Zum
Einbau der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
weist das Abgasrohr Flansche auf, die an Flansche montiert werden
können,
welche wiederum an den beiden Stirnenden der einzufügenden Verbindungseinheit
vorgesehen sind.
-
Die
erfindungsgemäße Verbindungseinheit vereinfacht
somit die Montage und ist gleichzeitig universell für die beiden
oben genannten Entstickungsverfahren und für das Partikelfilterverfahren
einsetzbar.
-
Zeichnungen
-
Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
-
Die 1 zeigt
das Prinzipschaltbild eines Abgasstrangs, dem Zusätze zugeführt werden.
-
Die 2–4 zeigen
Ausführungen
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
im Längsschnitt.
-
Ausführungsvarianten
-
Die 1 zeigt
das Prinzipschaltbild eines Abgasstrangs einer Verbrennungskraftmaschine 10, wobei
dem Abgasstrang Zusätze
zugefügt
werden. Ein Motor 10 erzeugt Abgase, die über einer
Abgasleitung 14 einem nachgeschalteten Katalysator 12 zugeführt werden.
-
Je
nach Einsatz kann dieser Katalysator 12 ein Speicherkatalysator
sein, in dem Stickoxide eingelagert werden. Hierbei wird in regelmäßigen zeitlichen
Abständen
durch eine spezielle Zugabe von Kraftstoff (z.B. Diesel) in das
Abgas das Abgas vom mageren Zustand in den fetten Zustand überführt. Mit Hilfe
dieses fetten Abgasgemisches werden die im Speicherkatalysator eingelagerten
Stickoxide (NOx) abgebaut. Daher wird in
diesem Verfahren über
eine Zuführung 16 dem
Abgasstrom zusätzlicher
Dieselkraftstoff zugeführt.
In einem alternativen Verfahren wird der Schadstoff NOx unter
Zuhilfenahme von Reduktionsmitteln (beispielsweise wässrige Harnstofflösung, gasförmiges Ammoniak,
..., Feststoffcarbamat) zu N2 und H2O reduziert. Dieses Verfahren wird SCR-Verfahren
(Selective Catalytic Reduction) genannt. Dabei wird in das Abgas
das Reduktionsmittel eingedüst,
bevor es einem speziellen SCR-Katalysator 12 zugeführt wird.
Durch dieses Verfahren ist das aus dem Katalysator tretende Abgas 20 von
Stickoxiden gesäubert.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Einsatzgebiet
ist die Reduzierung der Partikel in Dieselabgas, wozu ein Partikelfilter
eingesetzt wird, in dem die Partikel angesammelt und in regelmäßigen Zeitabständen abgebrannt
werden. Dadurch wird der Partikelfilter regeneriert. Ein Verfahren,
den Partikelfilter abzubrennen, ist die Zugabe von Kraftstoff in das
Abgas 14 nach dem Motor 10. Dieser Kraftstoff oxidiert
in dem Oxidationskatalysator 12, der dem Partikelfilter
vorgeschaltet ist, und erzeugt somit eine hohe Temperatur zum Abbrennen
der im Partikelfilter angesammelten Partikel. Der nachgeschaltete
Partikelfilter (nicht dargestellt) erhält somit von dem Oxidationskatalysator 12 das
von diesem gereinigte Abgas 20.
-
Diese
drei beispielhaften Abgas-Nachbehandlungsverfahren haben gemeinsam,
dass dem Abgas des Verbrennungsmotors 10 über eine
Vorrichtung 14, 16 ein Medium zugegeben wird,
das in einer sich anschließenden
Einrichtung 12 (Katalysator, nachgeschalteter Partikelfilter)
zu einer Veränderung
des Abgases führt.
Vorzugsweise wird zur Erhöhung
der Haltbarkeit des Oxidationskatalysators und der Effizienz des
SCR-Katalysators der Zusatz nicht nur dem Abgasstrom zugeführt, sondern
auch mit diesem vermischt. Dadurch wird das zugegebene Medium homogen über den
Querschnitt der Einrichtung 12 (Katalysator; Partikelfilter)
verteilt.
-
Zur
vereinfachten Montage und Nachrüstung wird
erfindungsgemäß eine Zuführung 16 für das jeweilige
zuzugebende Medium geschaffen, wobei die Zuführung eingerichtet ist, mit
einem Dosiermodul für das
zuzugebende Medium verbunden zu werden. Hierzu wird die erfindungsgemäße Verbindungseinheit
vorgesehen, die in dem Abgasstrang montiert werden kann, und die
ein Rohrstück
mit einem seitlichen Zugang umfasst, an den das Dosiermodul angeschlossen
werden kann.
-
Die 2 zeigt
eine erfindungsgemäße Verbindungseinheit 100,
die ein Rohrstück 110 umfasst. Das
Rohrstück 110 dient
als Abgasrohr und führt
Abgase 112, die von einer Verbrennungskraftmaschine (nicht
dargestellt) stammen. Auf einer Außenseite des Rohrstücks ist
ein Zugang 114 vorgesehen, der von der Außenseite
des Rohrstücks 110 in
das Innere des Rohrstücks
führt.
Mittels dieses Zugangs können Zusätze in das
Rohrstück 110 eingebracht
werden. Diese Zusätze
stammen von einem Dosiermodul (nicht dargestellt), das an das Rohrstück 110 anschließbar ist.
Das Rohrstück
weist ein erstes Stirnende 116 und ein zweites Stirnende 118 auf.
Vorzugsweise sind an diesen Stirnenden 116, 118 jeweils
Flansche (nicht dargestellt) angeordnet, mit denen die Verbindungseinheit
in ein bestehendes Rohrsystem eines Abgasstrangs montiert werden
kann. Gemäß einer
Ausführung
umfasst der Zugang 114 einen Anschluss 124, mit
dem das Dosiermodul direkt oder über
einen Adapter 122 angeschlossen werden kann. In der 2 umfasst
der Anschluss daher einen zur Außenseite hin gerichteten Anschluss,
der als Flansch 122 ausgebildet ist. An diesen Flansch kann
ein Adapter 122 angeschlossen werden, wobei der Adapter
vorzugsweise ebenfalls einen Flansch umfasst, der passend zur Zuführungsleitung
eines Dosierungsmoduls oder Zusatzstoff-Förderungssystems ausgestaltet
ist. Statt der dargestellten Flanschverbindung können auch andere formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindungen
verwendet werden, die geeignet sind, das anzuschließende Dosierventil
mit dem Zugang 114 zu verbinden. Beispielsweise können Steck-,
Schraub- oder Bajonettverschlüsse
verwendet werden.
-
Der
Adapter 122 weist vorzugsweise eine Passage auf, in die
ein Dosierventil 120 eingebracht werden kann. In einer
bevorzugten Ausführung
ist das Dosierventil kraftschlüssig
oder formschlüssig mit
dem Adapter verbunden, beispielsweise über einen Passsitz oder eine
der oben genannten kraftschlüssigen
Verbindungsvarianten.
-
In
einer bevorzugten Ausführung
umfasst das Rohrstück
einen ersten Mischer 130, der sich bezüglich des Zugangs 114 stromabwärts innerhalb
des Rohrstücks
befindet. Somit ist der erste Mischer 130 zwischen dem
Zugang 114 und dem zweiten Stirnende bzw. Ausgangsstirnende 118 angeordnet.
Alternativ oder zusätzlich
kann ein weiterer Mischer 132 in dem Rohrstück vorgesehen
sein, der bezüglich
des Zugangs 114 stromaufwärts angeordnet ist. Der zweite
Mischer ist somit zwischen dem ersten Stirnende bzw. Eingangsstirnende
und dem Zugang 114 angeordnet. Die Mischer können jeweils
fest mit dem Rohrstück
verbunden sein. Der erste Mischer 130 ist ein separater
Mischer, der zwischen dem einen Dosierventil 120 und der
nachgeschalteten Einrichtung 140, beispielsweise einer
der oben genannten Katalysatoren, in dem Abgasstrom innerhalb des
Rohrstücks
angeordnet ist. Dieser separate Mischer verteilt das eingespritzte
Medium homogen über
den Querschnitt und verbessert so die Funktionsweise des nachgeschalteten
Katalysators. Der zweite Mischer ist vorzugsweise ein statischer
Mischer, der vor der einen Dosierposition liegt. Dieser erzeugt
bereits vor der einen Dosierung durch die Zuführung 114 Turbulenzen,
wodurch die gleichmäßige Verteilung
des eingespritzten Mediums über
dem Rohrquerschnitt weiter verbessert wird.
-
In
der 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführung der
erfindungsgemäßen Verbindungseinheit im
Querschnitt dargestellt. Die Verbindungseinheit 200 umfasst
ein Rohrstück 210,
das einen Abgasstrom 212 führt. Die Verbindungseinheit
umfasst einen Zugang 214, der von der Außenseite
des Rohrstücks 210 in
das Innere des Rohrstücks 210 führt. Mittels
dieses Zugangs ist es möglich,
Zusätze
in das Rohrstück
einzubringen. Der an den Zugang angeschlossene Adapter 222 ist
einteilig mit dem Zugang 214 verbunden, d.h. die Verbindung 224 zwischen Adapter 222 und
Zugang 214 bzw. Rohrstück 210 wird
dadurch ausgeführt,
dass der Adapter einteilig mit dem Zugang und mit dem Rohrstück 210 ausgeführt ist.
Somit umfasst die Verbindungseinheit das Rohrstück sowie den Adapter, und unterscheidet
sich von der in 2 dargestellten Ausführung, dadurch, dass
das Rohrstück
in 2 einen Flansch 124 umfasst, der zum
Anschluss eines Adapters 122 geeignet ist.
-
Wie
auch in der in 2 dargestellten Ausführung umfasst
der Adapter 222 eine Passage 220, in die ein Dosierventil
eingebracht werden kann. Vorzugsweise ist das Dosierventil über eine
kraftschlüssige
oder formschlüssige
Verbindung mit dem Adapter 222 verbunden.
-
Wie
auch in der in 2 dargestellten Ausführung tritt
der Abgasstrom 212 durch ein erstes Stirnende, d.h. Eingangsstirnende, 216 in
das Rohrstück
ein, wird mit Substanzen durchsetzt, die über den Zugang 214 eingebracht
werden, und tritt über ein
zweites Stirnende, d.h. Ausgangsstirnende, 218 wieder aus
dem Rohrstück
aus. Das erste Stirnende arbeitet als Abgasstrom-Eingang und das
zweite Stirnende 218 arbeitet als Abgasstrom-Ausgang. An die erfindungsgemäße Verbindungseinheit 200 wird
eine nachgeschaltete Einrichtung 240, beispielsweise ein Katalysator,
angeschlossen, vorzugsweise über Flansche,
die an einem oder an beiden Stirnenden sowie an einem entsprechenden
Anschluss des Katalysators angebracht sind. Alternativ kann die
Verbindungseinheit durch einteilige Ausführung mit dem Abgasstrang mit
diesem verbunden sein. In einer Ausführung ist die mit dem ersten
Stirnende 216 verbundene Abgaszuführung und/oder der nachgeschaltete
Katalysator 240 sowie die zu diesem führende Abgaszuleitung einteilig
mit der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit
ausgebildet. Alternativ können
Flanschverbindungen oder andere kraft- oder formschlüssige lösbare Verbindungen
zur Montage der Verbindungseinheit verwendet werden, beispielsweise
Bajonett-Verschlüsse,
Schraubverbindungen oder Steckverbindungen mit Passsitz.
-
Vorzugsweise
umfasst die in 3 dargestellte Ausführung einen
ersten und einen zweiten Mischer, die in dem Rohrstück vor bzw.
nach dem Zugang 214 in dem Querschnitt des Rohrstücks angeordnet
sind. Alternativ umfasst die in 3 dargestellte
Ausführung
nur einen dieser Mischer.
-
In 4 tritt
ein Längsschnitt
durch eine weitere Ausführung
der erfindungsgemäßen Verbindungseinheit 300.
Die Verbindungseinheit 300 umfasst ein Rohrstück 310,
das einen Zugang 314 umfasst. Der Zugang 314 ist über eine
einteilige Ausführung
mit einem Adapter 322 verbunden, der eine Passage aufweist,
in die ein Dosierventil 320 lösbar eingebracht werden kann.
-
In
den Querschnitt des Rohrstücks
wird ein Abgasstrom 312 geführt, der zunächst durch
einen statischen Mischer 332 vor der Eindosierposition, d.h.
vor dem Zugang 314, läuft.
-
Dieser
statische Mischer 332 erzeugt Turbulenzen. Dadurch wird
die über
das Dosierventil 320 zugeführte Substanz mit dem Abgasstrom 312 homogen
vermischt. Nach dem Zugang 314 durchläuft der Abgasstrom 312 einen
separaten Mischer 330, der nach der Einspritzposition,
d.h. nach dem Zugang 314, in dem Querschnitt des Rohrstücks 310 angeordnet
ist. Dadurch wird die Homogenisierung des Gemisches vorgesehen,
das aus dem Abgas 312 und der zugeführten Substanz besteht. Alternativ kann
die Verbindungseinheit auch nur mit dem separaten Mischer 330 ausgestattet
sein.
-
Das
so erzeugte Gemisch wird über
eine weitere Verbindung der Einrichtung 340 zugeführt, beispielsweise
einer der oben genannten Katalysatoren oder Partikelfilter. Die
Verbindung zwischen Verbindungseinheit 300 und der nachgeschalteten
Einrichtung 340 kann über
lösbare
kraftschlüssige
oder formschlüssige
Verbindungen vorgesehen werden. Alternativ ist das Rohrstück einteilig
mit der Zuführung
ausgeführt,
die zu der nachgeschalteten Einrichtung 340 führt. In
gleicher Weise kann die Verbindung zwischen dem Motor und dem Rohrstück einteilig
sein, oder kraft- bzw. formschlüssig
ausgeführt sein,
beispielsweise über
einen Flansch, eine Schraubverbindung oder einen Bajonettverschluss. In
einer weiteren bevorzugten Ausführung
ist das Dosierventil 320, der Adapter 322 und
das Rohrstück 310 einteilig
ausgebildet, wobei das Dosierventil einen nach außen führenden
Anschluss aufweist. Dieser Anschluss ist eingerichtet, mit einem
Dosiermodul verbunden zu werden, beispielsweise über eine lösbare Verbindung, beispielsweise
eine Flanschverbindung, Schraubverbindung, Bajonettverschluss oder
eine Steckverbindung mit Passsitz. Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten
Ausführung
ist das Dosierventil einteilig in den Adapter ausgeführt, der wiederum
einteilig mit dem Rohrstück
und dem Zugang zu dem Inneren des Rohrstücks ausgeführt ist.
-
Vorteilhafterweise
wird die Verbindungseinheit von einem Abgasrohr umfasst, wobei die
Verbindungseinheit einteilig, formschlüssig oder kraftschlüssig mit
dem Abgasrohr verbunden ist.