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
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
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:
Die
Wie
dies in der schematischen Darstellung der
Wie
dies insbesondere der
Wie
dies der
Strömen
nunmehr die beiden Abgasmassenströme
Wie
dies insbesondere der eine in die Bildebene projizierte Darstellung
der
In
der
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2008
- 2008-05-09 DE DE102008022998A patent/DE102008022998B4/en not_active Expired - Fee Related
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