DE102009057623A1 - Exhaust gas treatment device arrangement for e.g. petrol engine of motor vehicle, has connection element detachably fixed at turbocharger and treatment device and forming guiding device i.e. inlet funnel, of exhaust gas treatment device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung einer Abgasbehandlungseinrichtung an einem insbesondere mit einer Brennkraftmaschine verbundenen Abgasturbolader.The invention relates to an arrangement of an exhaust gas treatment device on an exhaust gas turbocharger, in particular connected to an internal combustion engine.
Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine ist es bekannt, eine Abgasbehandlungseinrichtung, beispielsweise einen Katalysator oder einen Dieselpartikelfilter, in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine anzuordnen. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas wird aus den Zylindern der Brennkraftmaschine durch einen angeschlossenen Abgaskrümmer an die Atmosphäre abgeführt. Zwischen dem Abgaskrümmer und der Atmosphäre sind bei modernen Brennkraftmaschinen unterschiedliche Einrichtungen vorgesehen, welche durch die Abgasleitung verbunden sind. Hierzu gehören beispielsweise ein Abgasturbolader und eine Abgasbehandlungseinrichtung, welche in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet sind. Zur Fixierung der Abgasbehandlungseinrichtung an dem Abgasturbolader weisen diese jeweils einen Verbindungsflansch mit identischer Querschnittsfläche auf. Die Verbindungsflansche werden durch geeignete Befestigungselemente, beispielsweise Schraubverbindungen, miteinander verbunden. Als nachteilig erweist sich hierbei der erhöhte Bauraumbedarf, welcher aus dem für die Verschraubung erforderlichen Freigang resultiert. Weiterhin ergeben sich auch konstruktive Einschränkungen, da der Abgasturbolader und die Abgasbehandlungseinrichtung zwingend aufeinander abgestimmte Verbindungsflansche für die gegenseitige Fixierung benötigen, siehe z. B.
Eine möglichst nahe Anordnung der Abgasbehandlungseinrichtung am Abgasauslass der Brennkraftmaschine ist wünschenswert, um eine ausreichende Abgastemperatur, welche für die katalytische Umsetzung und Reinigung des Abgases benötigt wird, in jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu erreichen. Abgasbehandlungseinrichtungen für Brennkraftmaschinen mit einem Abgasturbolader haben das Problem, dass die Abgastemperatur durch die Energieentnahme für das Verdichten von Verbrennungsluft im Vergleich zu Brennkraftmaschinen ohne Abgasturbolader zusätzlich verringert wird. Insbesondere bei Dieselmotoren, bei welchen die Abgastemperaturen ohnehin relativ niedrig sind, führt dies dazu, dass der Konvertierungsgrad der Abgasbehandlungseinrichtung verschlechtert wird und zunehmend Abgas ungereinigt austreten kann. Hierbei kann es zu erhöhten Schadstoffemissionen kommen.The closest possible arrangement of the exhaust gas treatment device at the exhaust gas outlet of the internal combustion engine is desirable in order to achieve a sufficient exhaust gas temperature, which is required for the catalytic conversion and purification of the exhaust gas, in each operating state of the internal combustion engine. Exhaust treatment devices for internal combustion engines with an exhaust gas turbocharger have the problem that the exhaust gas temperature is further reduced by the energy extraction for the compression of combustion air compared to internal combustion engines without turbocharger. In particular, in diesel engines, in which the exhaust gas temperatures are already relatively low anyway, this leads to the fact that the degree of conversion of the exhaust gas treatment device is deteriorated and increasingly exhaust gas can escape unpurified. This can lead to increased pollutant emissions.
Zur Reduzierung der Schadstoffemissionen und zur Erreichung zukünftiger strengerer Abgasnormen ist eine motornahe Positionierung der Abgasbehandlungseinrichtung also zwingend erforderlich. Bei kleinen Motorräumen ergeben sich aufgrund des nicht vorhandenen Bauraums hier jedoch erhebliche Schwierigkeiten.In order to reduce pollutant emissions and to achieve future stricter emission standards, a close-coupled positioning of the exhaust gas treatment device is therefore imperative. For small engine compartments, however, there are considerable difficulties due to the lack of space here.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung einer Abgasbehandlungseinrichtung an einem Abgasturbolader in einer kompakten Bauweise zur Verfügung zu stellen, welche gleichzeitig eine verbesserte Montierbarkeit gewährleistet.Against this background, the invention has the object to provide an arrangement of an exhaust gas treatment device on an exhaust gas turbocharger in a compact design available, which simultaneously ensures improved mountability.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with an arrangement according to the features of
Erfindungsgemäß ist also eine Anordnung einer Abgasbehandlungseinrichtung an einem Abgasturbolader vorgesehen, bei welcher zwischen einer Ausströmöffnung des Abgasturboladers und einer Einströmöffnung der Abgasbehandlungseinrichtung ein Anschlusselement vorgesehen ist, welches die Abgasbehandlungseinrichtung mit dem Abgasturbolader verbindet und welches lösbar an dem Abgasturbolader und lösbar an der Abgasbehandlungseinrichtung fixiert ist, wobei das Anschlusselement eine Leitvorrichtung, insbesondere einen Eingangstrichter, der Abgasbehandlungseinrichtung bildet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Anordnung wird eine besonders kompakte Bauweise zur Verfügung gestellt, welche sich gleichzeitig durch eine sehr gute Montierbarkeit auszeichnet. Das Anschlusselement ist einerseits als ein Adapter zwischen der Abgasbehandlungseinrichtung und dem Abgasturbolader ausgebildet, sodass die Notwendigkeit entfällt, dass die Verbindungsflansche der Abgasbehandlungseinrichtung und des Abgasturboladers identische Querschnittsflächen aufweisen müssen. Andererseits bildet das Anschlusselement gleichzeitig ein Leitblech bzw. einen Eingangstrichter der Abgasbehandlungseinrichtung, welches das in die Abgasbehandlungseinrichtung einströmende Abgas auf die Querschnittsfläche der Abgasbehandlungseinrichtung verteilt. Durch die Integration der Funktion des Leitblechs in das Anschlusselement kann auf einen in der Praxis üblicherweise verwendeten, der Abgasbehandlungseinrichtung zugeordneten Eingangstrichter verzichtet und eine besonders kompakte Bauweise der Anordnung erreicht werden.According to the invention an arrangement of an exhaust gas treatment device is provided on an exhaust gas turbocharger, in which between a discharge opening of the exhaust gas turbocharger and an inflow opening of the exhaust gas treatment device, a connection element is provided which connects the exhaust gas treatment device with the exhaust gas turbocharger and which is releasably fixed to the exhaust gas turbocharger and releasably fixed to the exhaust gas treatment device, wherein the connecting element forms a guide device, in particular an inlet funnel, the exhaust gas treatment device. The inventive design of the arrangement a particularly compact design is provided, which is characterized at the same time by a very good mountability. On the one hand, the connecting element is designed as an adapter between the exhaust-gas treatment device and the exhaust-gas turbocharger, so that there is no need for the connecting flanges of the exhaust-gas treatment device and of the exhaust-gas turbocharger to have identical cross-sectional areas. On the other hand, the connection element simultaneously forms a guide plate or an inlet funnel of the exhaust gas treatment device, which distributes the exhaust gas flowing into the exhaust gas treatment device to the cross-sectional area of the exhaust gas treatment device. By integrating the function of the baffle in the connection element can be dispensed with a commonly used in practice, the exhaust gas treatment device associated input hopper and a particularly compact design of the arrangement can be achieved.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung wird auch dadurch erreicht, dass das Anschlusselement durch eine Schelle lösbar an der Abgasbehandlungseinrichtung fixiert ist. Durch die Schelle wird eine sichere und schnelle Verbindung zwischen der Abgasbehandlungseinrichtung und dem Anschlusselement zur Verfügung gestellt. Bei einer einteiligen Schelle ist nur eine einzige Schraube erforderlich, um eine sichere Verbindung herzustellen. Eine leichte Zugängigkeit der Schraube kann durch eine geeignete Anordnung der Schraube in Abhängigkeit des zur Verfügung stehenden Platzangebots gewährleistet werden. Weiterhin wird für die Schelle kaum Bauraum benötigt, da diese nur einen geringfügig größeren Durchmesser als die zu verbindenden Bauteile hat. Bei der Verwendung einer Schelle wird die Montage auch dadurch erleichtert, dass keine Gewindebohrungen oder Durchbrechungen in den Flanschen vorhanden sind, welche für das Einführen von Schrauben oder Gewindestangen exakt fluchtend zueinander ausgerichtet werden müssen.A particularly expedient development of the arrangement according to the invention is also achieved in that the connection element is fixed by a clamp releasably on the exhaust gas treatment device. The clamp provides a secure and fast connection between the exhaust gas treatment device and the connection element. In a one-piece clamp, only a single screw is required to a to establish a secure connection. Easy accessibility of the screw can be ensured by a suitable arrangement of the screw depending on the available space. Furthermore, little space is required for the clamp, since this has only a slightly larger diameter than the components to be joined. When using a clamp, the assembly is also facilitated by the fact that no tapped holes or openings are present in the flanges, which must be aligned for the insertion of screws or threaded rods exactly aligned with each other.
In diesem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Schelle u- oder v-förmig angeordnete Schenkel aufweist, wobei ein Verbindungsflansch des Anschlusselements und ein Verbindungsflansch der Abgasbehandlungseinrichtung derart zwischen den Schenkeln angeordnet sind, dass die Schenkel die Verbindungsflansche zusammenpressen. Derartige Schellen, auch V-Profilschellen oder V-Bandschellen genannt, weisen u- oder v-förmig angeordnete, ein Profil bildende Schenkel und ein umfangsseitig angeordnetes Umlegeband zur bessern Kraftverteilung sowie eine einzige Verschlussschraube auf. Die V-Profilschellen garantieren eine einfache Handhabung, eine zeitsparende Montage, kompakte Abmessungen und ein geringes Gewicht. Durch das Anziehen der einzigen Verschlussschraube wirkt eine Umfangskraft auf die Profilsegmente. Über die Anordnung der Schenkel werden die beiden Verbindungsflansche zusammengepresst, wobei die Umfangskraft in eine deutlich höhere Axialkraft umgewandelt wird, welche eine sichere Verbindung zwischen der Abgasbehandlungseinrichtung und dem Anschlusselement gewährleistet. Die Profilschellen gleichen Bauteiltoleranzen aus, was insbesondere während der Montage der Anordnung, aber auch während des Betriebs der Brennkraftmaschine (Wärmeausdehnung) von Vorteil ist.In this case, it proves to be particularly advantageous if the clamp has u- or v-shaped legs, wherein a connecting flange of the connecting element and a connecting flange of the exhaust gas treatment device are arranged between the legs such that the legs compress the connecting flanges. Such clamps, also called V-profile clamps or V-band clamps, have u- or v-shaped arranged, forming a profile leg and a circumferentially arranged Umlegeband for better power distribution and a single screw plug. The V-profile clamps guarantee easy handling, time-saving installation, compact dimensions and low weight. By tightening the single screw a peripheral force acts on the profile segments. About the arrangement of the legs, the two connecting flanges are pressed together, wherein the circumferential force is converted into a significantly higher axial force, which ensures a secure connection between the exhaust gas treatment device and the connection element. The profile clamps equal component tolerances, which is particularly advantageous during assembly of the assembly, but also during operation of the internal combustion engine (thermal expansion).
Ein Entweichen von Abgasen aus dem Bereich der Verbindung wird besonders wirkungsvoll dadurch vermieden, dass zwischen den Verbindungsflanschen der Abgasbehandlungseinrichtung und des Anschlusselements eine Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung kann, um eine verbesserte Montierbarkeit zu erreichen, verliersicher an dem Verbindungsflansch der Abgasbehandlungseinrichtung und/oder des Anschlusselements angeordnet sein.Escape of exhaust gases from the region of the connection is particularly effectively avoided by providing a seal between the connecting flanges of the exhaust gas treatment device and the connection element. The seal may, in order to achieve improved mountability, be arranged captively on the connection flange of the exhaust gas treatment device and / or of the connection element.
Eine andere besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass das Anschlusselement einen sich zwischen einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung erstreckenden Wandabschnitt aufweist, welcher zumindest abschnittsweise an einer Fläche des Verbindungsflanschs des Abgasturboladers anliegt und in welchem Durchbrechungen für die zur lösbaren Fixierung des Anschlusselements an dem Abgasturbolader vorgesehenen Schraubverbindungen angeordnet sind. Durch die unmittelbare Anlage des Anschlusselements an dem Verbindungsflansch wird eine besonders kompakte Anordnung zwischen Abgasbehandlungseinrichtung und Abgasturbolader gewährleistet. Der für die Schraubverbindungen erforderliche Freigang ist durch den noch freien Bauraum für die im Anschluss zu montierende Abgasbehandlungseinrichtung gewährleistet.Another particularly advantageous development of the present invention is also achieved in that the connection element has a wall section extending between an inlet opening and an outlet opening, which abuts at least in sections on a surface of the connection flange of the exhaust gas turbocharger and in which openings for releasably fixing the connection element are provided on the exhaust gas turbocharger screw provided. The direct contact of the connection element to the connecting flange ensures a particularly compact arrangement between the exhaust gas treatment device and the exhaust gas turbocharger. The clearance required for the screw connections is ensured by the still free space for the exhaust gas treatment device to be mounted subsequently.
Die jeweiligen Verbindungsflansche könnten beispielsweise durch eine Schweißverbindung an einem die Abgasbehandlungseinrichtung aufnehmenden Gehäuse bzw. an dem Anschlusselement fixiert sein. Die Montierbarkeit der Anordnung wird jedoch auch dadurch vereinfacht, dass der Verbindungsflansch der Abgasbehandlungseinrichtung einstückig mit einem die Abgasbehandlungseinrichtung umschließenden Gehäuse ausgebildet ist und dass das Anschlusselement und der zugeordnete Verbindungsflansch einstückig ausgebildet sind. Alternativ können die Verbindungsflansche auch eine Kragenwulstverbindung bilden, wobei einer der Verbindungsflansche als Wulst und der andere als Kragen ausgebildet ist.The respective connecting flanges could be fixed, for example, by a welded connection to a housing receiving the exhaust gas treatment device or to the connecting element. However, the assemblability of the arrangement is also simplified in that the connecting flange of the exhaust gas treatment device is formed integrally with a housing enclosing the exhaust gas treatment device and that the connecting element and the associated connecting flange are integrally formed. Alternatively, the connecting flanges can also form a collar bead connection, wherein one of the connecting flanges is formed as a bead and the other as a collar.
Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung an einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Diese kann nach dem Otto- oder dem Dieselverfahren betrieben werden und vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug verbaut sein.The invention is preferably applied to an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine. This can be operated by the Otto or the diesel method and preferably be installed in a motor vehicle.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Abgasbehandlungseinrichtung einen Dieselpartikelfilter und/oder einen Katalysator aufweist. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Anordnung sowohl bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren eingesetzt werden. Hierbei weist die Abgasbehandlungseinrichtung bei einem Ottomotor beispielsweise einen Katalysator und bei einem Dieselmotor einen Dieselpartikelfilter auf. Allerdings kann die Abgasbehandlungseinrichtung auch einen Oxidationskatalysator und einen Dieselpartikelfilter umfassen, welche dann in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet sind.According to the invention, it is further provided that the exhaust gas treatment device has a diesel particle filter and / or a catalyst. As a result, the arrangement according to the invention can be used both in gasoline engines and in diesel engines. Here, the exhaust gas treatment device in a gasoline engine, for example, a catalyst and a diesel engine in a diesel particulate filter. However, the exhaust treatment device may also include an oxidation catalyst and a diesel particulate filter, which are then arranged one behind the other in a single common housing in the flow direction of the exhaust gas.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in
Zwischen einer Ausströmöffnung
Das Anschlusselement
Außerdem ist das Anschlusselement
Durch die lösbare Fixierung des Anschlusselements
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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