DE102008022998A1 - Exhaust gases cleaning device for exhaust section of e.g. V8-engine, has metering mechanism attached to counter flow area in such way that reducing agent is metered in counter flow area by metering mechanism - Google Patents

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Abstract

The device has an exhaust gas channel provided with a set of partial gas strands (4, 5), which are in flow connection with each other in a preset counter-flow area such that exhaust gas flows (15, 16) are guided against each other in counter-flow. A metering mechanism e.g. metering valve (13), meters a reducing agent e.g. ammonia, in the exhaust gas channel in an area before a catalyzer arrangement. The metering mechanism is attached to the counter flow area in such a way that the reducing agent is metered in the counter flow area by the metering mechanism. An independent claim is also included for a method for operating a device for cleaning of exhaust gases of an internal-combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.The The invention relates to a device according to the preamble of the claim 1 and a method for purifying exhaust gases according to the preamble of claim 15.

Aus der gattungsbildenden DE 10 2005 046 316 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskanal bekannt, der zweiflutig ausgebildet ist, wobei ein Mischglied vorgesehen ist, das über zwei Einlassöffnungen und zwei Auslassöffnungen verfügt und das in die zweiflutige Abgasanlage dergestalt eingesetzt wird, dass die vier Öffnungen des Mischgliedes so miteinander verschaltet sind, dass jede Einlassöffnung mit beiden Auslassöffnungen strömungsverbunden ist. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass Abgase, die durch eine Einlassöffnung in das Mischglied eintreten, durch beide Auslassöffnungen aus dem Mischglied wieder austreten. Ebenso sollen auch diejenigen Abgase, die über die anderen Einlassöffnungen des Mischgliedes eintreten, über beide Auslassöffnungen aus dem Mischglied wieder austreten. Im Mischglied selbst strömen die einzelnen Abgasströme teilweise im Gegenstrom gegeneinander, so dass eine solche Vermischung der Abgasströme im Mischglied erfolgt, dass aus den beiden Auslassöffnungen des Mischglieds ein Gasgemisch austritt, das sich aus den beiden einzelnen Gasströmen zusammensetzt. Der Begriff Gegenstrom ist hier ebenso wie nachfolgend in Verbindung mit der Darstellung der Erfindungsidee im weiteren Sinne zu verstehen und umfasst ausdrücklich auch sich mehr oder weniger, insbesondere unter einem vorgegebenen Winkel kreuzende Abgasströme bzw. Teilabgasströme. In jedem der Teilabgasstränge dieser zweiflutigen Abgasanlage ist stromauf des Mischgliedes jeweils eine Katalysatoranordnung eingebaut, die einen Oxidationskatalysator sowie einen stromab davon angeordneten SCR-Katalysator umfasst. Des Weiteren umfasst die Katalysatoranordnung eine Harnstoff-Zuführeinrichtung, die stromauf des SCR-Katalysators Harnstoff in den jeweiligen Abgasstrang einleitet.From the generic DE 10 2005 046 316 A1 a device for purifying exhaust gases for an exhaust system of an internal combustion engine with an exhaust duct is already known, which is formed double-flow, wherein a mixing member is provided which has two inlet openings and two outlet openings and which is inserted into the twin-flow exhaust system such that the four Openings of the mixing member are interconnected so that each inlet port is fluidly connected to both outlet ports. In this way it should be achieved that exhaust gases entering through an inlet opening in the mixing member, exit through both outlet openings of the mixing member again. Likewise, those exhaust gases which enter via the other inlet openings of the mixing member, should exit from the mixing member again via both outlet openings. In the mixing element itself, the individual exhaust gas streams flow partly in countercurrent to one another, so that such a mixing of the exhaust gas flows in the mixing member that emerges from the two outlet openings of the mixing element, a gas mixture, which is composed of the two individual gas streams. The term countercurrent is to be understood here as well as in the following in connection with the representation of the idea of the invention in a broader sense and expressly includes more or less, especially at a predetermined angle crossing exhaust gas streams or partial exhaust gas streams. In each of the partial exhaust strands of this twin-flow exhaust system, a catalyst arrangement is installed upstream of the mixing member, which comprises an oxidation catalyst and an SCR catalyst arranged downstream thereof. Furthermore, the catalyst arrangement comprises a urea supply device, which introduces urea into the respective exhaust gas line upstream of the SCR catalytic converter.

Eine derartige Abgasanlagenausgestaltung eignet sich insbesondere zum Einsatz bei sogenannten V-Motoren, insbesondere auch bei sogenannten vertwisteten Abgasanlagen, bei denen die jeweiligen Abgasteilstränge der Zylinderbänke sich im hinteren Teil des Fahrzeugs begegnen und jeweils auf der Gegenseite ins Freie münden, ist jedoch bauteiltechnisch und damit auch herstellungstechnisch relativ aufwändig und damit teuer.A Such exhaust system design is particularly suitable for Use in so-called V-engines, especially in so-called vertwisteten Exhaust systems in which the respective exhaust partial strands the cylinder banks meet in the rear of the vehicle and each lead to the outside on the opposite side, however, is component technology and thus also relatively expensive manufacturing technology and therefore expensive.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen für einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere für einen vertwisteten Abgasstrang, zur Verfügung zu stellen, mittels der eine Abgasreinigung in baulich einfacher Weise mit hoher Funktionssicherheit durchgeführt werden kann.In contrast, It is an object of the present invention, an apparatus and a method for purifying exhaust gases for an exhaust line an internal combustion engine, in particular for a vertwisteten Exhaust line to provide, by means of the one Exhaust gas purification in a structurally simple way with high reliability can be carried out.

Diese Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These Task is solved with respect to the device with the features of claim 1 and with respect to the method solved with the features of claim 15. Advantageous Further developments are the subject of the dependent claims.

Gemäß Anspruch 1 ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Zudosiervorrichtung dem Gegenstrombereich so zugeordnet ist, dass mittels dieser wenigstens einen Zudosiereinrichtung das Reduktionsmittel, das bevorzugt eine flüssige, wässrige Harnstofflösung oder Ammoniak ist, im Gegenstrombereich zudosiert werden kann. Mit einem derartigen erfindungsgemäßen Aufbau werden die durch das Aufeinandertreffen der Abgas- bzw. Teilabgasströme erzeugten Verwirbelungen und Turbulenzen und damit quasi die kinetische Energie der gegeneinander geführten Abgas- bzw. Teilabgasmassenströme dazu ausgenutzt, um eine einfache und zuverlässige Vermischung des zudosierten, insbesondere eingespritzten Reduktionsmittels in den jeweiligen Abgasmassenströmen bzw. Teilabgasmassenströmen zu erzielen, wo durch eine effektive Reduktion der im Abgasmassenstrom enthaltenen Stickoxide möglich wird.According to claim 1 it is provided that the at least one metering device the Countercurrent region is assigned so that by means of this at least a metering device, the reducing agent, preferably a liquid, aqueous urea solution or Ammonia is, can be added in the countercurrent area. With a such structure according to the invention are the generated by the meeting of the exhaust or partial exhaust gas streams Turbulence and turbulence and thus, so to speak, the kinetic energy the mutually guided exhaust or partial exhaust gas mass flows exploited for a simple and reliable mixing the metered, in particular injected reducing agent in the respective exhaust gas mass flows or partial exhaust gas mass flows Achieve, where by an effective reduction in the exhaust gas mass flow contained nitrogen oxides is possible.

Ein besonderer Vorteil dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Verfahrensführung ist zudem, dass die Zudosierung des Reduktionsmittels für die mehreren Teilabgasstränge lediglich mit einer einzigen Zudosiereinrichtung auf funktionssichere Weise erfolgen kann, so dass nicht für jeden Teilabgasstrang eine separate Zudosiereinrichtung erforderlich ist. Damit lässt sich der Bauteilaufwand und gleichzeitig auch der zur Steuerung der einzelnen Zudosiereinrichtungen erforderliche Steuerungsaufwand deutlich reduzieren.One particular advantage of this device according to the invention or process control is also that the dosing the reducing agent for the multiple partial exhaust gas strands only with a single metering device in a functionally reliable manner can be done so not for every sub exhaust line a separate metering device is required. Leave it the component cost and at the same time the control the individual Zudosiereinrichtungen required control effort significantly reduce.

Wie bereits zuvor im einleitenden Teil der Beschreibung dargestellt, soll der Begriff Gegenstrom hier in einem weiteren Sinne verstanden werden und ausdrücklich auch Kreuzstromsituationen bzw. -gegebenheiten umfassen, bei denen die Abgasmassenströme bzw. die Teilabgasmassenströme unter einem vorgegebenen Winkel kreuzförmig zusammentreffen und auch wieder unter einem vorgegebenen Winkel kreuzförmig voneinander wegströmen.As already described in the introductory part of the description, The term countercurrent should be understood here in a broader sense and expressly cross-flow situations or Conditions in which the exhaust gas mass flows or the partial exhaust gas mass flows below a predetermined Angle cross-shaped coincide and again under flow away from each other at a predetermined angle in a cross shape.

Die Strömungsverbindung im Gegenstrombereich kann grundsätzlich auf vielfältige Art und Weise ausgestaltet sein, z. B. durch ein separates Verbindungselement oder aber auch durch einen integral mit den Teilabgassträngen ausgebildeten Verbindungsbereich, der jeweils mit zu diesem Verbindungselement bzw. Verbindungsbereich hinführenden und mit von diesem Verbindungselement bzw. Verbindungsbereich wegführenden Teilabgasstrangabschnitten strömungstechnisch verbunden ist. Dabei ist das Verbindungselement bzw. der Verbindungsbereich bevorzugt durch ein allen Teilabgassträngen gemeinsames Verbindungselement bzw. gemeinsamen Verbindungsbereich ausgebildet, wodurch ein besonders kompakter und wenig bauraumintensiver Aufbau bzw. Anordnung, insbesondere im Unterbodenbereich bzw. Heckbereich eines Kraftfahrzeugs, möglich wird. Gemäß einer konkreten Ausgestaltung hierzu ist es besonders vorteilhaft, wenn die Teilabgasstränge einander in einem den Gegenstrombereich ausbildenden oder aufweisenden Überkreuzungsbereich überkreuzen, insbesondere um eine vertwistete Abgasanlage auszubilden, bei der sich insbesondere in Verbindung mit zwei Abgasteilsträngen diese beiden Ab gasteilstränge im hinteren Teil des Fahrzeugs begegnen und jeweils bezogen auf ihren zylinderbankseitigen Ausgangspunkt auf der Gegenseite ins Freie münden.The flow connection in the countercurrent region can basically be designed in many ways, for. B. by a separate connection element or even by an integrally formed with the partial exhaust gas lines connecting region, each leading to this connection element or connection area is fluidically connected to and with this connecting element or connecting portion leading away Teilabgasstrangabschnitten. In this case, the connecting element or the connecting region is preferably formed by a connection element or common connection region common to all partial exhaust gas strands, which makes possible a particularly compact and space-consuming construction or arrangement, in particular in the underbody region or rear region of a motor vehicle. According to a specific embodiment for this purpose, it is particularly advantageous if the partial exhaust strands cross each other in a countercurrent region forming or having crossover area, in particular to form a vertwistete exhaust system, in which meet especially in conjunction with two exhaust gas strands these two gas strands from the rear of the vehicle and in each case based on their cylinder bank-side starting point on the opposite side open into the open.

Gemäß einer ersten konkreten und besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Teilabgasstränge im Überkreuzungsbereich geodätisch übereinander liegend angeordnet und mittels eines den Gegenstrombereich ausbildenden Verbindungsrohres strömungsverbunden sind. Ein derartiges Verbindungsrohr kann besonders bevorzugt durch ein Übersprecherrohr ausgebildet sein, das z. B. in einer Doppelfunktion gleichzeitig auch zum Druckausgleich verbaut ist. Für eine wenig bauraumintensive und kompakte Anordnung kann hier zudem vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Zudosiervorrichtung unmittelbar am Verbindungsrohr angeordnet ist, und zwar bevorzugt in einem mittleren Bereich zwischen den übereinander liegenden Teilabgasstrangabschnitten. Mit einem derartigen Verbindungsrohr läßt sich zudem eine kurze Mischstrecke realisieren, mit der eine effektive Aufbereitung des Reduktionsmittels erzielt werden kann.According to one first concrete and particularly preferred invention Embodiment may be provided that the partial exhaust gas strands Geodetic over each other in the crossing area lying arranged and by means of a countercurrent region forming Connecting pipe are fluidly connected. Such a thing Connecting tube may particularly preferably by a spreader tube be formed, the z. B. in a dual function at the same time also installed for pressure equalization. For a little space-consuming and compact arrangement can also be provided here that the at least one metering device directly on the connecting pipe is arranged, and preferably in a middle region between the superposed Teilabgasstrangabschnitten. With Such a connecting pipe can also be realize a short mixing section, with which an effective treatment of the reducing agent can be achieved.

Alternativ dazu können aber auch insbesondere in Verbindung mit zwei Teilabgassträngen Überkreuzungsbereiche vorgesehen sein, die einen x-förmigen Abgasstrangabschnitt als Gegenstrombereich ausbilden, in den beide Teilabgasstränge mit einem ersten Strangabschnitt münden und von dem beide Teilabgasströme mit einem zweiten Strangabschnitt abzweigen. Ein derartiger x-förmiger Abgasstrangabschnitt kann entweder integral durch die beiden Teilabgasstränge oder aber auch durch ein separates Bauteil, an das die beiden Teilabgasstränge entsprechend anzuschließen sind, ausgebildet werden. In Verbindung mit einer derartigen Ausgestaltung ist es insbesondere aus bauraumtechnischer Sicht von wesentlichem Vorteil, wenn die Teilabgasstränge wenigstens im Überkreuzungsbereich im Wesentlichen in einer durch die Fahrzeuglängsachse und die Fahrzeugquerachse aufgespannten Fahrzeug-Horizontalebene liegen.alternative but also in particular in conjunction with two Partial exhaust gas trains provided crossover areas be that form an x-shaped exhaust line section as a countercurrent region, in the two partial exhaust strands with a first strand section lead and from the two partial exhaust gas streams with a branch off second strand section. Such an X-shaped one Exhaust line section can either be integral by the two partial exhaust gas lines or by a separate component to which the two partial exhaust gas strands are to be connected accordingly to be trained. In connection with such a configuration, it is in particular from space engineering View of significant advantage when the partial exhaust strands at least in the crossover area substantially in one through the vehicle longitudinal axis and the vehicle transverse axis horizontal vehicle plane spanned lying.

Zur gezielten Beeinflussung des die Mischstrecke für das Reduktionsmittel ausbildenden Gegenstrombereichs können in diesem Mittel zur Strömungsbeeinflussung vorgesehen sein. Insbesondere sind derartige Mittel im Mündungsbereich eines Verbindungsrohres zwischen geodätisch übereinander liegenden und sich überkreuzen den Teilabgasstrangabschnitten von Vorteil. Derartige Mittel zur Strömungsbeeinflussung können z. B. durch Leitbleche, Anformungen, Abschrägungen, Kantengeometrien, insbesondere im mündungsseitigen Bereich, ausgebildet sein. Mit derartigen Mitteln kann z. B. auf besonders einfache Weise in einem Abgasstrom eine Turbulenz erzeugt werden bzw. alternativ oder zusätzlich ein gewünschter Teilabgasstrom in den Gegenstrombereich abgezweigt werden. Letzteres ist insbesondere in Verbindung mit einem Verbindungsrohr zwischen sich überkreuzenden Teilabgasstrangabschnitten vorteilhaft.to targeted influencing of the mixing section for the reducing agent forming countercurrent area can in this means be provided for flow control. In particular are Such agents in the mouth region of a connecting pipe between geodesically superimposed and cross over the sub-exhaust section of advantage. Such means for influencing the flow can z. B. by baffles, projections, bevels, edge geometries, in particular in the mouth area, be formed. With such Means can, for. B. in a particularly simple manner in an exhaust stream turbulence is generated or alternatively or additionally a desired partial exhaust gas flow in the countercurrent region be diverted. The latter is particularly associated with a connecting pipe between intersecting Teilabgasstrangabschnitten advantageous.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen, insbesondere zwei Teilabgasstränge von der Brennkraftmaschine oder einer definierten Abzweigstelle nach der Brennkraftmaschine ausgehend bis zum Gegenstrombereich und vom Gegenstrombereich weg bis wenigstens einschließlich des Katalysatorbereichs im Wesentlichen identisch ausgelegt, ausgestattet und damit im übertragenen Sinne identisch in der Art von Gleichteilen ausgebildet sind. Mit einer derartigen identischen bzw. symmetrischen Auslegung der Abgasstränge werden auf einfach Weise im Wesentlichen identische Strömungsverhältnisse in den einzelnen Abgassträngen erzeugt, so dass in jedem Abgasstrang eine im Wesentlichen identische Reduktionsleistung erzielt werden kann. Insbesondere in Verbindung mit derartigen mehr oder weniger identisch ausgebildeten Abgassträngen bzw. Teilabgassträngen ergibt sich ein weiterer besonderer Vorteil: So braucht hier lediglich in einem der Teilabgasstränge eine entsprechende Sensorik, insbesondere ein NOx-Sensor, vorgesehen werden, da über die in diesem Abgasstrang angeordnete Sensorik bzw. Sensoreinrichtungen Ergebnisse erfasst werden können, die im Wesentlichen identisch und damit vergleichbar mit den Verhältnissen in den anderen Teilabgassträngen sind.According to one particularly preferred embodiment of the invention is provided that the individual, in particular two partial exhaust gas strands from the internal combustion engine or a defined branch point after the internal combustion engine starting up to the countercurrent area and from the countercurrent area to at least inclusive the catalyst area designed essentially identically equipped and thus in the figurative sense identical in the manner of Similar parts are formed. With such an identical or symmetrical design of the exhaust strands are on simply way essentially identical flow conditions generated in the individual exhaust strands, so that in each Exhaust line achieved a substantially identical reduction performance can be. In particular in connection with such more or less identically designed exhaust gas strands or partial exhaust gas strands There is another special advantage: So here just needs in one of the partial exhaust gas trains a corresponding sensor, in particular a NOx sensor, be provided because of the in this Exhaust line arranged sensor or sensor devices results can be detected, which are essentially identical and therefore comparable with the conditions in the other partial exhaust gas strands are.

Die Zudosiereinrichtung selbst ist bevorzugt durch ein mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung gekoppeltes Zudosierventil gebildet, wobei die Steuer- und/oder Regeleinrichtung bevorzugt ein ohnehin vorhandenes Motorsteuergerät ist, so dass die Zudosierung sehr gut im Rahmen des ohnehin vorzusehenden Motormanagements gesteuert bzw. geregelt werden kann.The Dosing device itself is preferably characterized by a with a control and / or regulating device coupled metering valve, wherein the control and / or regulating device prefers an already existing one Engine control unit is, so the metered addition is very good Controlled in the context of the anyway to be provided engine management can be regulated.

Die Katalysatoranordnung selbst kann durch einen in jedem Teilabgasstrang angeordneten Katalysator gebildet sein, der insbesondere ein SCR-Katalysator ist, mit dem im Rahmen der sogenannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR) eine NOx-Umwandlung in magerer Atmosphäre erfolgt. Grundsätzlich bestünde jedoch hier auch die Möglichkeit, die einzelnen Teilabgasstränge nach dem Gegenstrombereich zu einem einflutigen Abgasstrang zusammenzuführen und dann den Katalysator, insbesondere den SCR-Katalysator, im einflutigen Bereich vorzusehen. Grundsätzlich ist jedoch der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrensführung in Verbindung mit einer vertwisteten Abgasanlage bevorzugt. Das Reduktionsmittel liegt vorzugsweise in flüssiger Form vor, z. B. als wässrige Harnstofflösung oder in Form von Ammoniak. Grundsätzlich wäre jedoch auch eine Zudosierung des Reduktionsmittels in fein zerstäubter bzw. gasförmiger Art möglich. In Verbindung mit einer Diesel-Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, einen Dieselpartikelfilter stromauf- oder stromabwärts des Gegenstrombereiches vorzusehen. Lediglich beispielhaft kann der Gegenstrombereich zwischen einem Dieselpartikelfilter und der Katalysatoranordnung jedes Teilabgasstrangs angeordnet sein. Für den Fall des stromab des Gegenstrombereiches angeordneten Dieselpartikelfilters kann als Reduktionsmittel auch Dieselkraftstoff verwendet werden, mittels dem zusätzlich eine Regeneration des Dieselpartikelfilters erfolgt.The Catalyst arrangement itself can by one in each Teilabgasstrang arranged catalyst may be formed, in particular an SCR catalyst is, with which under the so-called selective catalytic Reduction (SCR) a lean NOx conversion he follows. In principle, however, there would also be here the possibility of the individual partial exhaust gas strands after the countercurrent area to merge into a single-flow exhaust system and then the catalyst, in particular the SCR catalyst, in the single-flow Provide area. Basically, however, is the use the device according to the invention and process control preferred in connection with a vertwisteten exhaust system. The Reducing agent is preferably in liquid form, z. B. as an aqueous urea solution or in the form of ammonia. In principle, however, would also be one Metering of the reducing agent in finely atomized or gaseous Kind possible. In conjunction with a diesel internal combustion engine can be provided, a diesel particulate filter upstream or provide downstream of the counterflow region. Merely as an example can the countercurrent area between a diesel particulate filter and the catalyst arrangement of each partial exhaust gas line can be arranged. In the case of the downstream of the countercurrent region arranged Diesel particulate filter can also be diesel fuel as a reducing agent be used by means of the additional regeneration of the diesel particulate filter takes place.

Des weiteren kann vorgesehen sein, zur noch effektiveren Vermischung des zudosierten Reduktionsmittels statische Mischer einzusetzen, z. B. im katalysatornahen Bereich der jeweiligen Teilabgasstränge.Of another can be provided for even more effective mixing to use static mixers of the metered reducing agent, z. B. in the catalytic converter close range of the respective partial exhaust gas strands.

Wie bereits zuvor dargelegt, ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahrensführung insbesondere in mit mehreren Zylinderbänken ausgestatteten Brennkraftmaschinen von besonderem Vorteil, z. B. in V-Motoren als beispielsweise V8-, V10- oder V12-Motoren oder in Verbindung mit W-Motoren oder Boxer-Motoren. Dies insbesondere auch in Verbindung mit Diesel-Brennkraftmaschinen.As already set forth, is the use of the invention Device and process management, especially in with several Cylinder banks equipped internal combustion engines of particular Advantage, z. B. in V-type engines such as V8, V10 or V12 engines or in conjunction with W motors or Boxer engines. This in particular also in conjunction with diesel internal combustion engines.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert.The The invention will be described in greater detail below with reference to a drawing explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 schematisch eine Draufsicht auf eine vertwistete Abgasanlage für eine als V8-Motor ausgebildete Diesel-Brennkraftmaschine, 1 2 is a schematic plan view of a vertical exhaust system for a diesel internal combustion engine designed as a V8 engine;

2 schematisch eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit A der 1, 2 schematically an enlarged view of the detail A of 1 .

3 eine schematische Prinzipskizze des Überkreuzungsbereichs der 2 mitsamt beispielhaft angeordneten Leitflächen, und 3 a schematic schematic diagram of the crossover of the 2 together with exemplarily arranged baffles, and

4 schematisch eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Überkreuzungsbereiches. 4 schematically an alternative embodiment of a crossover region according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch eine Diesel-Brennkraftmaschine 1, die als V8-Motor ausgebildet ist. Von jeder Zylinderbank 2, 3 zweigt ein Teilabgasstrang 4, 5 ab, so dass hierdurch ein zweiflutiger Abgasstrang 6 ausgebildet wird, wobei die beiden Teilabgasstränge 4, 5 im Bereich hinter der Brennkraftmaschine 1 in Richtung auf die gegenüber liegende Zylinderbank bzw. Fahrzeugseite geführt sind und einander in einem Überkreuzungsbereich 7 überkreuzen, bevor die beiden Teilabgasstränge 4, 5 dann in Richtung von der Brennkraftmaschine weg wieder im Wesentlichen gerade nach hinten geführt sind und dementsprechend eine sogenannte vertwistete Abgasanlage ausbilden.The 1 schematically shows a diesel internal combustion engine 1 , which is designed as a V8 engine. From each cylinder bank 2 . 3 branches off a partial exhaust line 4 . 5 so that thereby a double-flow exhaust system 6 is formed, wherein the two partial exhaust gas strands 4 . 5 in the area behind the internal combustion engine 1 are guided in the direction of the opposite cylinder bank or vehicle side and each other in a crossover area 7 cross over before the two partial exhaust strands 4 . 5 Then, in the direction of the internal combustion engine away again are guided substantially straight backwards and accordingly form a so-called vertwistete exhaust system.

Wie dies in der schematischen Darstellung der 1 ersichtlich ist, sind die beiden Teilabgasstränge 4, 5 im Wesentlichen identisch ausgelegt und ausgebildet, und zwar hinsichtlich Formgebung, Krümmung, Querschnitt und Funktionsteilen, d. h. dass in jedem der Teilabgasstränge 4, 5 an identischer Stelle im Strömungsverlauf der Teilabgasstränge 4, 5 ein im Wesentlichen identisch ausgebildeter Diesel-Oxidationskatalysator 8 angeordnet ist, dem jeweils vor dem Überkreuzungsbereich 7 ein Dieselpartikelfilter 9 nachgeschaltet ist, die ebenfalls im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, während im Bereich stromab des Überkreuzungsbereiches 7 jeweils ein im Wesentlichen identischer SCR-Katalysator 10 in jedem der Teilabgasstränge 4, 5 angeordnet ist.As shown in the schematic representation of 1 it can be seen that the two partial exhaust gas strands 4 . 5 designed and constructed substantially identical in terms of shaping, curvature, cross-section and functional parts, ie that in each of the partial exhaust gas strands 4 . 5 at an identical point in the flow path of the partial exhaust gas strands 4 . 5 a substantially identically designed diesel oxidation catalyst 8th is arranged, in each case before the crossover area 7 a diesel particulate filter 9 downstream, which are also formed substantially identical, while in the region downstream of the crossover region 7 each a substantially identical SCR catalyst 10 in each of the partial exhaust strands 4 . 5 is arranged.

Wie dies insbesondere der 2 zu entnehmen ist, liegen die beiden Teilabgasstränge 4, 5 im Überkreuzungsbereich 7 geodätisch übereinander und sind mittels eines den Gegenstrombereich ausbildenden Verbindungsrohres 11, das einen nachfolgend noch näher erläuterten Gegenstrombereich 12 ausbildet, strömungstechnisch verbunden.How this in particular the 2 can be seen, are the two partial exhaust gas lines 4 . 5 in the crossover area 7 geodetically one above the other and are by means of a countercurrent forming connecting pipe 11 , the countercurrent area explained in more detail below 12 trains, fluidically connected.

Wie dies der 2 weiter entnommen werden kann, ist unmittelbar am Verbindungsrohr, bevorzugt im mittleren Bereich, zwischen den übereinander liegenden Teilabgassträngen 4, 5 ein Zudosierventil 13 angeordnet, mittels dem Reduktionsmittel 14, z. B. eine flüssige, wässrige Harnstofflösung oder ein Dieselkraftstoff, zu vorgegebenen Zeiten und in vorgegebenen Mengen mittels einer entsprechenden Steuer- und/oder Regeleinrichtung zudosiert werden kann.Like this one 2 can be further removed, is directly on the connecting pipe, preferably in the central region, between the superimposed partial exhaust gas strands 4 . 5 a metering valve 13 arranged, by means of the reducing agent 14 , z. As a liquid, aqueous urea solution or a diesel fuel, at predetermined times and in predetermined amounts by means of a corresponding control and / or regulating device can be added.

Strömen nunmehr die beiden Abgasmassenströme 15, 16 von den jeweiligen Zylinderbänken 2, 3 her in Richtung auf den Überkreuzungsbereich 7 zu, wird durch die Anordnung des Verbindungsrohres 11, das im Überkreuzungsbereich 7 in beiden Teilabgassträngen 4, 5 mündet, eine solche Strömungsbeeinflussung bewirkt, dass von den Abgasmassenströmen 15, 16, die hier zum einen mit strichlierten Pfeilen und zum anderen mit durchgezogenen Pfeilen gekennzeichnet sind, jeweils ein Teilabgasmassenstrom 17, 18 in das Verbindungsrohr 11 einströmt, so dass sich diese beiden Teilabgasmassenströme 17, 18 im Gegenstrom begegnen. Dadurch entstehen im Verbindungsrohr 11 Verwirbelungen und Turbulenzen, die eine sehr gute Verteilung eines im Verbindungsrohr 11 zudosierten Reduktionsmittels 14 in den Teilabgasmassenströmen 17, 18 ermöglichen, so dass diese eine Art Trägergasstrom für das Reduktionsmittel bilden und dieses mit sich mitführen, wenn die jeweiligen Teilabgasmassenströme 17, 18, die in der 2 lediglich äußerst schematisch und beispielhaft dargestellt sind, wieder das Verbindungsrohr 11 verlassen und in die Teilabgasstränge 4, 5 einströmen. Auch in diesem Bereich kommt es dann zu Verwirbelungen bzw. Ausbildung von Turbulenzen, was eine weitere Verteilung des Reduktionsmittels im stromab des Überkreuzungsbereiches 7 liegenden Teilabgasstrangabschnitts des jeweiligen Teilabgasstrangs 4, 5 bewirkt.Now flow the two exhaust gas mass flows 15 . 16 from the respective cylinder banks 2 . 3 towards the crossover area 7 too, is determined by the arrangement of the connecting pipe 11 in the crossover area 7 in both partial exhaust gas lines 4 . 5 flows, such a flow effect causes that of the exhaust gas mass flows 15 . 16 , which are marked here on the one hand with dotted arrows and the other with solid arrows, each a partial exhaust gas mass flow 17 . 18 in the connecting pipe 11 flows in, so that these two partial exhaust gas mass flows 17 . 18 encounter in countercurrent. This results in the connecting pipe 11 Turbulence and turbulence, which is a very good distribution of one in the connecting pipe 11 metered reducing agent 14 in the partial exhaust gas mass flows 17 . 18 allow, so that they form a kind of carrier gas flow for the reducing agent and carry this with them when the respective partial exhaust gas mass flows 17 . 18 in the 2 are shown only very schematically and by way of example, again the connecting pipe 11 leave and in the partial exhaust strands 4 . 5 flow. Turbulence or formation of turbulence also occurs in this area, which results in a further distribution of the reducing agent in the downstream of the crossover region 7 lying Teilabgasstrangabschnitts the respective sub-exhaust line 4 . 5 causes.

Wie dies insbesondere der eine in die Bildebene projizierte Darstellung der 2 zeigenden 3 entnommen werden kann, können im Bereich der Mündungsöffnungen des Verbindungsrohres 11 in den Teilabgassträngen 4, 5 Strömungsleitelemente 19, 20 vorgesehen sein, die zum Beispiel (3 oben) bewirken können, dass ein Teilabgasstrom vom Abgasmassenstrom 15 abgezweigt wird. Wie dies beispielhaft der Darstellung der 3 im unteren Bereich zu entnehmen ist, kann das dort vorgesehene Strömungsleitelement 20 insbesondere eine solche Turbulenzerzeugung bewirken, dass ebenfalls ein Teilabgasmassenstrom 17 in den Bereich des Verbindungsrohres 11 quasi eingesaugt wird. Auch beliebige Kombinationen dieser hier lediglich beispielhaft angedeuteten Strömungsleitelemente 19 und 20 untereinander sind jederzeit möglich.How this in particular the one projected into the picture plane representation of the 2 displayed 3 can be removed, in the region of the mouth openings of the connecting pipe 11 in the partial exhaust gas lines 4 . 5 flow guide 19 . 20 be provided, for example ( 3 above) can cause a partial exhaust gas flow from the exhaust gas mass flow 15 is branched off. How this exemplifies the representation of 3 can be seen in the lower part, there provided the flow guide 20 In particular, such turbulence generation cause that also a partial exhaust gas mass flow 17 in the area of the connecting pipe 11 is sucked in, so to speak. Also, any combinations of these only exemplarily indicated flow guide 19 and 20 with each other are possible at any time.

In der 4 ist schematisch eine alternative Ausgestaltung eines Überkreuzungsbereiches 7 gezeigt, der einen x-förmigen Abgasstrangabschnitt aufweist, in dem die beiden Teilabgasstränge 4, 5 mit einem ersten Strangabschnitt 22, 23 münden und von dem die beiden Teilabgasstränge 4, 5 mit einem zweiten Strangabschnitt 24, 25 wieder abzweigen. Die Teilabgasstränge 4, 5 liegen im Überkreuzungsbereich 7 im Wesentlichen in einer durch die Fahrzeuglängsachse x und die Fahrzeugquerachse y aufgespannten Fahrzeug-Horizontalebene. Unmittelbar im Bereich des x-förmigen Abgasstrangabschnittes 21 ist ein Zudosierventil 13 angeordnet, mittels dem das Reduktionsmittel in den hier durch den unmittelbaren Kreuzungsbereich gebildeten Gegenstrombereich 12 eingesprüht bzw. eingedüst werden kann. Durch die Verwirbelungen im Gegenstrombereich 12 kommt es zu einer effektiven Durchmischung der Abgasmassenströme 15, 16, die hier wiederum zu deren Unterscheidung durch Pfeile mit durchgezogenen Linien und durch strichlierte Pfeile gekennzeichnet sind, bevor diese dann wiederum beladen mit Reduktionsmittel 14 den x-förmigen Abgasstromabschnitt 21 verlassen.In the 4 is schematically an alternative embodiment of a crossover region 7 shown, which has an x-shaped exhaust line section, in which the two partial exhaust gas strands 4 . 5 with a first strand section 22 . 23 and from which the two partial exhaust gas strands 4 . 5 with a second strand section 24 . 25 branch off again. The partial exhaust gas strands 4 . 5 lie in the crossover area 7 essentially in a plane defined by the vehicle longitudinal axis x and the vehicle transverse axis y vehicle horizontal plane. Immediately in the area of the x-shaped exhaust line section 21 is a metering valve 13 arranged, by means of which the reducing agent in the countercurrent region formed here by the immediate crossing region 12 can be sprayed or injected. Due to the turbulences in the countercurrent area 12 it comes to an effective mixing of the exhaust gas mass flows 15 . 16 , which in turn are characterized by arrows with solid lines and by dashed arrows, before these in turn loaded with reducing agent 14 the x-shaped exhaust gas flow section 21 leave.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102005046316 A1 [0002] DE 102005046316 A1 [0002]

Claims (15)

Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für einen Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskanal, der in einem vorgegebenen Bereich mehrflutig ausgebildet ist und mehrere Teilgasstränge aufweist, die in einem vorgegebenen Gegenstrombereich so miteinander in Strömungsverbindung stehen, dass wenigstens ein Teilabgasstrom der jeweiligen in den Teilabgassträngen geführten Abgasströme im Wesentlichen im Gegenstrom gegeneinander geführt sind, und mit wenigstens einer Zudosiereinrichtung, mittels der dem Abgaskanal im Bereich vor einer Katalysatoranordnung ein Reduktionsmittel zudosierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zudosiereinrichtung (13) dem Gegenstrombereich (12) so zugeordnet ist, dass mittels dieser das Reduktionsmittel (14) im Gegenstrombereich (12) zudosierbar ist.A device for purifying exhaust gases for an exhaust system of an internal combustion engine having an exhaust duct, which is formed mehrflutig in a predetermined range and a plurality of partial gas strands, which are in a predetermined countercurrent flow in communication with each other so that at least a partial exhaust gas flow of the respective guided in the partial exhaust gas streams in Essentially in countercurrent to one another, and with at least one metering device, by means of which a reductant can be added to the exhaust gas duct in the region upstream of a catalyst arrangement, characterized in that the at least one metering device ( 13 ) the countercurrent area ( 12 ) is assigned so that by means of this the reducing agent ( 14 ) in the countercurrent region ( 12 ) is metered. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung im Gegenstrombereich (12) durch ein, bevorzugt allen Teilabgassträngen (4, 5) gemeinsames, Verbindungselement (11) oder einen, bevorzugt allen Teilabgassträngen (4, 5) gemeinsamen, Verbindungsbereich hergestellt ist, der mit zu diesem hinführenden und mit von diesem wegführenden Teilabgasstrangabschnitten strömungsverbunden ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the flow connection in the countercurrent region ( 12 ) by one, preferably all partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) common, connecting element ( 11 ) or one, preferably all partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ), which is flow-connected with this leading and with this away leading Teilabgasstrangabschnitten. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabgasstränge (4, 5) einander in einem den Gegenstrombereich (12) ausbildenden oder aufweisenden Überkreuzungsbereich (7) überkreuzen, insbesondere zur Ausbildung einer vertwisteten Abgasanlage.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) in each other in a countercurrent region ( 12 ) forming or having crossover area ( 7 ), in particular to form a vertwisteten exhaust system. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabgasstränge (4, 5) im Überkreuzungsbereich (7) geodätisch übereinanderliegend angeordnet und mittels eines den Gegenstrombereich (12) ausbildenden Verbindungsrohres strömungsverbunden sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that the partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) in the crossover area ( 7 geodetically arranged one above the other and by means of a countercurrent region ( 12 ) forming connecting pipe are fluidly connected. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zudosiervorrichtung (13) unmittelbar am Verbindungsrohr (11), bevorzugt in einem mittleren Bereich zwischen den übereinanderliegenden Teilabgasstrangabschnitten, angeordnet ist.Apparatus according to claim 4, characterized in that the at least one metering device ( 13 ) directly on the connecting tube ( 11 ), preferably in a central region between the superimposed Teilabgasstrangabschnitten is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Teilabgasstränge (4, 5) vorgesehen sind, die im Überkreuzungsbereich (7) einen x-förmigen Abgasstrangabschnitt (21) ausbilden, der wiederum einen Gegenstrombereich (12) aufweist, in dem beide Teilabgasstränge (4, 5) mit einem ersten Strangabschnitt (22, 23) münden und von dem beide Teilabgasstränge (4, 5) mit einem zweiten Strangabschnitt (24, 25) abzweigen.Apparatus according to claim 2 and claim 3, characterized in that two partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) are provided in the crossover area ( 7 ) an x-shaped exhaust line section ( 21 ), which in turn forms a counterflow region ( 12 ), in which both partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) with a first strand section ( 22 . 23 ) and from which both partial exhaust strands ( 4 . 5 ) with a second strand section ( 24 . 25 ) branch off. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilabgasstränge (4, 5) im Überkreuzungsbereich (7) im Wesentlichen in einer durch die Fahrzeuglängsachse (x) und die Fahrzeugquerachse (y) aufgespannten Fahrzeug-Horizontalebene liegen.Apparatus according to claim 6, characterized in that the partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) in the crossover area ( 7 ) lie substantially in one of the vehicle longitudinal axis (x) and the vehicle transverse axis (y) spanned vehicle horizontal plane. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Gegenstrombereich (12), insbesondere im Mündungsbereich eines Verbindungsrohres (11) zwischen geodätisch übereinanderliegenden und sich überkreuzenden Teilabgas-strangabschnitten, wenigstens ein Mittel (19, 20) zur Strömungsbeeinflussung vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the countercurrent region ( 12 ), in particular in the mouth region of a connecting tube ( 11 ) between geodetically superimposed and intersecting partial exhaust gas strand sections, at least one means ( 19 . 20 ) is provided for influencing the flow. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Mittel (19, 20) zur Strömungsbeeinflussung durch ein Leitblech und/oder eine mündungsbereichseitige Kantengeometrie gebildet ist, das in einem Abgasstrom (15, 16) Turbulenzen erzeugt und/oder das einen Teilabgasstrom (17, 18) in den Gegenstrombereich (12), insbesondere in ein Verbindungsrohr (11) zwischen sich überkreuzenden Teilabgasstrangabschnitten, abzweigt.Apparatus according to claim 8, characterized in that the at least one means ( 19 . 20 ) is formed to influence the flow through a baffle and / or an orifice-side edge geometry, which in an exhaust gas flow ( 15 . 16 ) Generates turbulences and / or the one partial exhaust gas flow ( 17 . 18 ) into the countercurrent area ( 12 ), in particular in a connecting tube ( 11 ) branches off between intersecting Teilabgasstrangabschnitten. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von der Brennkraftmaschine (1) oder einer definierten Abzweigstelle ausgehend die einzelnen, insbesondere zwei Teilabgasstränge (4, 5) bis zum Gegenstrombereich (12) und vom Gegenstrombereich (12) weg bis wenigstens einschließlich des Katalysatorbereichs im Wesentlich identisch ausgelegt, ausgestattet und ausgebildet sind.Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that of the internal combustion engine ( 1 ) or a defined branch point on the basis of the individual, in particular two partial exhaust gas strands ( 4 . 5 ) to the countercurrent area ( 12 ) and the countercurrent area ( 12 ) are designed, equipped and designed to be substantially identical at least up to and including the catalyst region. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoranordnung durch einen in jedem Teilabgasstrang (4, 5) angeordneten Katalysator mit gegebenenfalls Dieselpartikelfilter, insbesondere durch einen SCR-Katalysator (10), höchst bevorzugt durch einen einzigen SCR-Katalysator im Abgasstrang oder Teilabgasstrang, gebildet ist.Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the catalyst arrangement by one in each Teilabgasstrang ( 4 . 5 ) arranged with optionally diesel particulate filter, in particular by an SCR catalyst ( 10 ), most preferably formed by a single SCR catalyst in the exhaust line or partial exhaust line. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Partikelfilter stromab oder stromauf des Gegenstrombereichs (12) angeordnet ist, insbesondere in Verbindung mit einem stromab des Gegenstrombereichs (12) angeordneten Partikelfilter Dieselkraftstoff als Reduktionsmittel verwendet wird.Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that a particle filter downstream or upstream of the countercurrent region ( 12 ) is arranged, in particular in connection with a downstream of the countercurrent region ( 12 ) arranged particle filter diesel fuel is used as a reducing agent. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Zudosiereinrichtung (13), die bevorzugt durch ein mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung gekoppeltes Zudosierventil gebildet ist, und/oder ein einziger Stickoxidsensor, der einem der Teilabgasstränge zugeordnet ist, vorgesehen ist.Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that a single metering device ( 13 ), which is preferably formed by a metering valve coupled to a control and / or regulating device, and / or a single nitrogen oxide sensor, which is assigned to one of the partial exhaust gas strands, is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylinderbänken ausgestattet ist und/oder dass die Brennkraftmaschine eine Diesel-Brennkraftmaschine ist.Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is equipped with a plurality of cylinder banks and / or that the internal combustion engine is a diesel internal combustion engine. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Abgaskanal, der in einem vorgegebenen Bereich mehrflutig ausgebildet ist und mehrere in einem Gegenstrombereich im Kreuz- und/oder Gegenstrom gegeneinander geführte Abgas- oder Teilabgasmassen ströme aufweist, wobei den Abgas- oder Teilabgasmassenströmen zu vorgegebenen Zeiten eine vorgegebene Menge eines Reduktionsmittels zudosiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass den mehreren Abgas- oder Teilabgasmassenströmen (15, 16, 17, 18) das Reduktionsmittel (14) im Gegenstrombereich (12) gesteuert und/oder geregelt zudosiert wird und anschließend mit dem Reduktionsmittel (14) vermischte Abgas- oder Teilabgasmassenströme (15, 16, 17, 18) vorliegen.Method for operating a device for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine, in particular a device according to one of claims 1 to 14, with an exhaust duct, which is formed mehrflutig in a predetermined range and a plurality of countercurrent in a countercurrent flow in a countercurrent and / or countercurrent exhaust gas or partial exhaust gas mass flows, wherein the exhaust gas or partial exhaust gas mass flows at predetermined times a predetermined amount of a reducing agent is added, characterized in that the plurality of exhaust gas or partial exhaust gas mass flows ( 15 . 16 . 17 . 18 ) the reducing agent ( 14 ) in the countercurrent region ( 12 ) is controlled and / or regulated metered in and then with the reducing agent ( 14 ) mixed exhaust or partial exhaust gas mass flows ( 15 . 16 . 17 . 18 ) are present.
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