DE102009039630A1

DE102009039630A1 - Abgasleitung für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102009039630A1
Application number: DE102009039630A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dr. Funk; Enrico Dipl.-Ing. Heidrich; Markus Dipl.-Ing. Kemmner; Wilhelm Dr. Ing. Kerres; Volker Dr. Schwarz
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung (10) für einen Kraftwagen, bei welcher ein stromaufwärts eines SCR-Katalysators (12, 14) angeordneter Mischbereich (18) eine Innenwandung mit wenigstens einer Erhebung aufweist. Die wenigstens eine Erhebung ist zumindest bereichsweise spiralförmig ausgebildet und bevorzugt durch eine in einer Außenwandung (22) des Mischbereichs (18) angeordnete Nut (20) gebildet. Dadurch ist eine besonders gute Aufbereitung eines in die Abgasleitung (10) einzubringenden Reduktionsmittels, etwa einer wässrigen Harnstofflösung, erreichbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung für einen Kraftwagen, bei welcher ein stromaufwärts einer Abgasbehandlungseinrichtung angeordneter Mischbereich eine Innenwandung mit wenigstens einer Erhebung aufweist. In dem Mischbereich erfolgt ein Einbringen eines Hilfsmittels in die Abgasleitung.
Die DE 100 48 921 A1 beschreibt eine Abgasleitung, in welche ein Sprührohr hineinragt. Über das Sprührohr wird ein Reduktionsmittel in die Abgasleitung eingebracht. Stromabwärts einer Mündung des Sprührohrs und stromaufwärts eines das Reduktionsmittel umsetzenden SCR-Katalysators (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) ist ein Mischbereich vorgesehen, in welchem die Abgasleitung als Wellrohr ausgebildet ist. Durch das Wellrohr werden Turbulenzen im Randschichtbereich der Abgasleitung erzeugt, welche dazu beitragen, eventuell an einer Innenwandung des Wellrohrs anhaftendes Reduktionsmittel abzuschleudern und mit dem die Abgasleitung durchströmenden Abgas zu vermischen.
Als nachteilig bei einer derartigen Abgasleitung ist der Umstand anzusehen, dass auch durch Vorsehen des Wellrohres noch keine voll zufriedenstellende Aufbereitung des Reduktionsmittels erreichbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein verbessertes Mischen eines Hilfsmittels mit Abgas in dem Mischbereich ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasleitung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasleitung für einen Kraftwagen weist ein stromaufwärts einer Abgasbehandlungseinrichtung angeordneter Mischbereich eine Innenwandung mit wenigstens einer Erhebung auf. Im Betrieb der Abgasleitung erfolgt in dem Mischbereich ein Einbringen eines Hilfsmittels in die Abgasleitung. Die wenigstens eine Erhebung ist zumindest bereichsweise spiralförmig ausgebildet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zumindest bereichsweise spiralförmig ausgebildete Erhebung, welche sich in dem Mischbereich von der Innenwandung radial nach innen erstreckt, aufgrund des Beaufschlagens des Abgases mit einem Drall zu einer besonders intensiven Bildung von Turbulenzen in der Abgasleitung beiträgt. Ein Sich-Ablagern von in dem Mischbereich in die Abgasleitung eingebrachtem Hilfsmittel an der Innenwandung kann so besonders weitgehend vermieden werden. Dadurch ist ein verbessertes Mischen des Hilfsmittels mit Abgas in dem Mischbereich ermöglicht.
Des Weiteren ist so ein besonders guter Wärmeübergang von der Abgasleitung auf das in den Mischbereich eingebrachte Hilfsmittel, bei welchem es sich insbesondere um eine Reduktionsmittellösung handeln kann, erreichbar. Sofern das Hilfsmittel einer thermischen Aufbereitung bedarf, wie dies beispielsweise bei einer wässrigen Harnstofflösung der Fall ist, dient der besonders guten Wärmeübergang einer besonders guten Aufbereitung des Hilfsmittels. Die wässrige Harnstofflösung oder eine derartige Reduktionsmittellösung muss nämlich verdampft und verteilt werden, um in der nachgeschalteten Abgasbehandlungseinrichtung besonders wirksam zu sein. Jedoch auch ein Hilfsmittel, welches zum Wirksamwerden in der nachgeschalteten Abgasbehandlungseinrichtung keines Verdampfens bedarf, erfährt eine besonders gute Verteilung durch die zumindest bereichsweise spiralförmige Ausbildung der wenigstens einen Erhebung in dem Mischbereich. Der Abgasbehandlungseinrichtung, bei welcher es sich insbesondere um einen SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) handeln kann, in welchem durch Ammoniak Stickoxide in einer selektiven, katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser umgesetzt werden, steht dann das mit dem Abgas gut durchmischte Hilfsmittel aufbereitet zur Verfügung.
Besonders einfach und kostengünstig ist die wenigstens eine Erhebung der Innenwandung realisierbar, wenn die Erhebung durch eine in einer Außenwandung des Mischbereichs angeordnete Nut gebildet ist.
Alternativ zu einer können auch wenigstens zwei, insbesondere drei zueinander parallele Erhebungen vorgesehen sein, um ein besonders turbulentes Strömen des Abgases in dem Mischbereich zu bewirken.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
Diese zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Abgasleitung mit einem Mischbereich, welcher einem zweistufigen SCR-Katalysator vorgelagert ist.
In einer in der Figur gezeigten Abgasleitung 10 sind ein erster SCR-Katalysator 12 und ein zweiter SCR-Katalysator 14 in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet. In den SCR-Katalysatoren 12, 14 wird Ammoniak mit in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser umgesetzt (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion). In alternativen Ausführungsformen kann lediglich ein SCR-Katalysator vorgesehen sein oder der SCR-Katalysator kann mehr als zwei Einheiten aufweisen.
Ein Hilfsmittel zur Bildung des Reduktionsmittels Ammoniak, bei welchem es sich beispielsweise um eine wässrige Harnstofflösung handeln kann, wird an einer Einlasseinrichtung 16 in einen Mischbereich 18 der Abgasleitung 10 eingebracht. Der Mischbereich 18 ist in der Abgasleitung 10 stromaufwärts der SCR-Katalysatoren 12, 14 angeordnet. Handelt es sich bei dem Hilfsmittel um die wässrige Harnstofflösung, so findet in dem Mischbereich 18 eine Aufbereitung der wässrigen Harnstofflösung statt, nämlich deren Verdampfung und Verteilung in dem Abgas, wobei aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt wird.
Dem besonders effektiven Aufbereiten der wässrigen Harnstoff dient bei der in der Figur gezeigten Abgasleitung 10 eine spiralförmig um den Mischbereich 18 umlaufende Nut 20, welche in eine Außenwandung 22 des Mischbereichs 18 eingebracht ist. Durch die in die Außenwandung 22 eingebrachte Nut 20 ist in der Innenwandung des Mischbereichs 18 eine korrespondierende spiralförmig umlaufende Erhebung bereitgestellt.
Die Nut 20 – und damit die Erhebung – ist bevorzugt mehrgängig, gemäß der vorliegend gezeigten Ausführungsform viergängig. Diese viergängige Ausbildung der Nut 20 hat sich bei einem Mischbereich 18 als vorteilhaft erweisen, welcher eine Gesamtlänge von 800 mm aufweist. In alternativen Ausführungsformen können jedoch bezogen auf eine Länge des Mischbereichs von 800 mm ein bis zwanzig Gänge der Nut 20 – bzw. der mit dieser korrespondierenden Erhebung der Innenwandung – vorgesehen sein.
Eine Tiefe der Nut 20, welche einer Höhe der Erhebung entspricht, beträgt bevorzugt 1 mm bis 10 mm, jedoch kann in alternativen Ausführungsformen eine jeweilige Tiefe der Nut 20 von 1 mm bis 20 mm vorgesehen sein. Dies gilt insbesondere bei einem Durchmesser des Mischbereichs 18 von bis zu 110 mm. Eine Breite der Nut 20 von 1 mm bis 10 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Ein Durchmesser des Mischbereichs 18 beträgt bevorzugt 80 mm bis 140 mm, insbesondere 110 mm, insbesondere bei einer Länge des Mischbereichs von wenigstens 200 mm, insbesondere wenigstens 300 mm.
Anstelle der vorliegend gezeigten einen spiralförmig umlaufenden Nut 20 können auch wenigstens zwei, insbesondere drei zueinander parallele Nuten 20 vorgesehen sein.
Zur Veranschaulichung eines Strömungsweges des Abgases durch die in der Figur gezeigte Abgasleitung 10 sind in dieser Strömungspfeile 24 angegeben. Nach dem Durchströmen des zweiten SCR-Katalysators 14 durchströmt das Abgas dementsprechend eine Auslassleitung 26 bereichsweise in der Strömungsrichtung, welcher der Hauptströmungsrichtung durch den Mischbereich 18 entspricht.
Der Mischbereich 18 und ein erster Bereich der Auslassleitung 26 sind im Wesentlichen parallel zu den SCR-Katalysatoren 12, 14 angeordnet, wodurch sich eine besonders dichte Packung der Abgasleitung 10 in diesem Bereich ergibt. Dadurch ist ein besonders hoher Wärmeeintrag aus dem Abgas in den Mischbereich 18 realisierbar, welcher dem Aufbereiten des Hilfsmittels zuträglich ist.
Zur weiteren Erhöhung der Packungsdichte ist der Mischbereich 18 zudem einen leichten Schlenker bildend geformt. Der Mischbereich 18 weist also einen Bereich mit im Wesentlichen geradem Verlauf auf, an welchen sich ein Bereich mit schrägem Verlauf anschließt, wobei auf letzteren wieder ein Bereich mit im Wesentlichen geradem Verlauf folgt. Diese Formgebung des Mischbereichs 18 begünstigt zusätzlich das Durchmischen des Hilfsmittels mit dem Abgas.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10048921 A1 [0002]

Claims

Abgasleitung für einen Kraftwagen, bei welcher ein stromaufwärts einer Abgasbehandlungseinrichtung (12, 14) angeordneter Mischbereich (18) zum Einbringen eines Hilfsmittels in die Abgasleitung (10) eine Innenwandung mit wenigstens einer Erhebung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erhebung zumindest bereichsweise spiralförmig ausgebildet ist.
Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erhebung der Innenwandung durch eine in einer Außenwandung (22) des Mischbereichs (18) angeordnete Nut (20) gebildet ist.
Abgasleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erhebung mehrgängig, insbesondere viergängig, ist.
Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere drei, zueinander parallele Erhebungen vorgesehen sind.
Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Erhebung eine Höhe von 1 mm bis 20 mm, insbesondere von 1 mm bis 10 mm, und/oder eine Breite von 1 mm bis 10 mm aufweist.
Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Länge des die wenigstens eine Erhebung aufweisenden Mischbereichs (18) wenigstens 200 mm, insbesondere wenigstens 300 mm, und/oder sein Durchmesser 80 mm bis 140 mm, insbesondere 110 mm beträgt.
Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischbereich (18) eine Einlasseinrichtung (16) zum Einbringen des Hilfsmittels, insbesondere einer Reduktionsmittellösung, in die Abgasleitung (10) umfasst.