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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einer Abgasbehandlungseinheit in einem Gehäuse, welches einen sich im Querschnitt erweiternden Einströmtrichter aufweist, wobei in dem Einströmtrichter ein rohrförmiges Leitelement angeordnet ist.
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Aus der
DE 39 03 803 A1 ist eine Katalysatoreinheit bekannt, die in einem Gehäuse einen katalytisch wirksamen Monolithen enthält. Ein Querschnitt dieses Monolithen ist dabei größer als ein Querschnitt eines Abgasrohres, an welches die Katalysatoreinheit angeschlossen werden soll. Zu diesem Zweck umfasst das Gehäuse einen Trichter, der ein an das Abgasrohr anschließbares Ende aufweist und auf der anderen Seite in das Gehäuse des Katalysators übergeht, wobei sich der Trichter zwischen seinen Enden entsprechend aufweitet. Diese Katalysatoreinheit besitzt außerdem ein im Trichter angeordnetes, längsverstellbar gelagertes Strömungsleitelement, dessen Relativlage den vom Abgas durchströmten Querschnitt des Monolithen bestimmt, um so des Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators zu beschleunigen. Der Einbau eines solchen Strömungsleitelements ist jedoch mit einem relativ hohen Kostenaufwand verbunden.
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Aus der
DE 103 00 384 B4 ist die Anordnung eines Gehäuses einer Katalysator- oder Partikelfiltereinheit bekannt. Das Gehäuse ist auf ein daran anzuschließendes Abgasrohr abgestimmt. so dass das Abgasrohr in den Trichter des Gehäuses seitlich, also gegenüber einer Längsmittelachse des Monolithen bzw. des Filterkörpers geneigt, von außen einsteckbar ist. Auf diese Weise wird die Anbindung des Abgasrohres an das Gehäuse der Katalysator- oder Partikelfiltereinheit vereinfacht. Durch das seitliche Einstecken des Abgasrohres in den Trichter ergibt sich außerdem die Möglichkeit, durch eine entsprechende Gestaltung des Mündungsendes innerhalb des Trichters gezielt eine gewünschte Strömungsführung zu erzeugen. Bei dieser Ausführung ist eine kostengünstige Anbindung einer Abgasbehandlungseinheit an ein Abgasrohr möglich. Allerdings begrenzt diese Bauform auch den zu erreichende Optimierungsgrad bezüglich der Strömungsführung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Abgasführung im Übergangsbereich eines Abgasrohres auf eine Abgasbehandlungseinheit in kostengünstig zu produzierender Bauweise weiter zu optimieren.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die erfindungsgemäße Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug besitzt eine Abgasbehandlungseinheit in einem Gehäuse, welches einen sich im Querschnitt erweiternden Einströmtrichter aufweist. In dem Einströmtrichter ist ein rohrförmiges Leitelement angeordnet. An einer Außenseite einer Krümmung des Leitelements ist mindestens eine Sicke ausgebildet.
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Durch die Krümmung und die mindestens eine zusätzliche Sicke ergibt sich der Vorteil, dass die durch das Abgasrohr geleiteten Abgase an der Sicke so umgelenkt werden, dass das Auftreffen auf einem in der Abgasbehandlungseinheit angeordneten Einsah optimiert ist. Dies verbessert insbesondere den Gleichförmigkeitsindex (uniformity index) auf der Katalysator- oder Partikelfilteroberfläche, Insbesondere der als Katalysator oder Partikelfilter ausgebildeten Abgasbehandlungseinheit, ohne eine nennenswerte Gegendruckerhöhung in der Abgasströmung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sicke quer zur Strömungsrichtung des Abgases angeordnet. Hierdurch tritt eine Strömungsumlenkung und auch eine Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit auf. Durch die Umlenkung der Strömung an der Sicke kommt es zu Verwirbelungen und Ablenkungen der Strömung. Diese Umlenkung bewirkt eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit beim Auftreffen auf den in die Abgasbehandlungseinheit angeordneten Einsatz. Die Sicke führt zu einer gezielten Strömungsleitung womit eine bessere Ausnutzung der gesamten Katalysator- oder Partikelfilteroberfläche erreicht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Sicke an dem rohrförmigen Seitenelement nach innen gerichtet, das heißt zur Abgasströmung hin ausgebildet. Durch die Krümmung wird die Abgasströmung radial nach außen gegen die Außenseite der Krümmung gedrängt. Durch eine nach innen gerichtete Sicke wird diese Abgasströmung umgelenkt, so dass die Abgasströmung nicht ungestört an der Außenfläche der Krümmung entlanglströmt, sondern durch die wenigstens eine Sicke in das Innere des Leitelementes und somit in das Innere des Einströmtrichters umgelenkt wird. Dadurch kommt es beim Auftreffen auf die Abgasbehandlungseinheit zu einem gleichförmigen verteilten. optimierten Strömungsbild.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Sicke im Wesentlichen über die gesamte Querschnittsbreite des Leitelementes ausgebildet. Dadurch erfolgt eine Umlenkung des Hauptströmungsanteils des Abgasstroms innerhalb des Leitelementes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei oder mehr Sicken auf der Außenseite in Strömungsrichtung nacheinander angeordnet ausgebildet. Durch mehrere Sicken, die nacheinander ausgebildet sind, kann der Strömungsverlauf an für verschiedene Anwendungsfälle angepasst und verbessert werden. Beispielsweise ist für einen Partikelfilter ein anderes Auftreffverhalten der Abgasströmung als für einen Katalysator notwendig. Das Auftreffverhalten kann gezielt für die verschiedenen Strömungen mit der Anordnung und Dimensionierung zweier oder mehrerer Sicken erreicht werden. Beispielsweise erfordert ein Katalysator, zur schnellen Aufwärmung und Betriebsbereitschaft des Katalysators, eine optimierte Auftrittsfläche auf den Monolithen bereits beim Motorstart. Ein Dieselpartikelfilter hingegen benötigt zunächst eine Durchleitung des relativ kühlen Abgasstromes, um anschließend durch den heißen Abgasstrom auf Betriebstemperatur zu kommen. Erst ab diesem Zeitpunkt wäre ein gezieltes Auftreffen auf den Filtereinsatz in der Abgasbehandlungseinheit bei einem Partikelfilter zweckmäßig.
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In einer werteren bevorzugten Ausführungsform geht die Querschnittsgeometrie des Leitelementes von einer runden Form auf eine unrunde Form über. Unter einer unrunden Form ist im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Mischform aus einer Trapezform und einer Ellipse zu verstehen. Es wäre aber beispielsweise auch eine Dreieckform mit abgerundeten Ecken, eine halbkreisförmige Form oder eine Mischform aus den zuvor genannten Ausführungsvarianten im Rahmen der Erfindung vorstellbar. Durch die Querschnittsflächenerweiterung ergibt sich eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit, wodurch die Anströmung auf eine Stirnfläche des Einsatzes in dem Katalysator oder Partikelfilter vergleichmäßigt wird. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders lange Kontaktzeit zwischen dem Abgas und dem Einsatz der Abgasbehandlungseinheit realisiert wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform nimmt die Querschnittsfläche des Leitelementes in Strömungsrichtung zu. Diese Querschnittsflächenvergrößerung erfolgt ebenso wie die Querschnittsflächenformänderung kontinuierlich, das heißt ohne sprunghaften Wechsel. Die Vermeidung von sprunghaften Querschnittsflächenveränderungen dient der Minimierung von Druckverlusten.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Abgasrohr in einer Eintrittsöffnung des Leitblechs angeordnet. Dadurch sind die Bauteile einfach zu fügen. Eine gasdichte Koppelung kann dabei form- und/oder stoffschlüssig erfolgen. Eine stoffschlüssige Koppelung ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise durch ein thermisches Fügeverfahren möglich.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Leitelement in einer Aufnahmeöffnung des Einströmtrichters angeordnet. Dies vereinfacht die Fertigung. Die Koppelung des Leitelements mit dem Einströmtrichter kann durch eine gasdichte stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung erfolgen.
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Vorzugsweise befindet sich eine Austrittsöffnung des Leitelementes innerhalb des durch den Einströmtrichter und einen Einsatz der Abgasbehandlungseinheit gebildeten Hohlraumes im Abstand von dem Einsatz. Zusätzlich kann eine Ebene, in der die Austrittsöffnung liegt, in einem Winkel zu einer Ebene stehen, in der die Abgasbehandlungseinheit an den Einströmtrichter gekoppelt ist (Stirnseite des Einsatzes). Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit das Abgasanlagensystem im Bereich des Leitelementes optimal an die jeweilige Strömungsanforderung des zu verwendeten Verbrennungsmotors und dem diesem nachgeschalteten Abgasbehandlungssystems, auch bei begrenztem Bauraum, anzupassen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante ist zwischen dem Leitblech und dem Rohrelement ein Spalt ausgebildet, wobei der Abstand zwischen Einströmtrichter und Leitelement auf der Außenseite der Krümmung in Strömungsrichtung zunimmt. Durch den Spalt wird In gewissem Umfang eine thermische Last von der Außenseite des Einströmtrichters ferngehalten. Die thermischen Spannungen zwischen Abgasrohr und Abgasbehandlungseinheit werden damit im Bereich des Einströmtrichters minimiert. Hierdurch erhöht sich die Langlebigkeit des Gesamtsystems.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, eine bevorzugte Ausführungsform anhand der schematischen Zeichnungen. Diese dienen dem einfacheren Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Abgasstranges mit einem Leitelement und
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2 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Abgasstrang mit eingesetztem Leitelement.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Vorteile erreicht weiden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen Abgasstrang 1 mit einem Abgasrohr 2, einem Einströmtrichter 3 und einem Leitelement 4. Das Abgasrohr 2 weist einen kreisrunden rohrförmigen Querschnitt auf und wird in seinem in Strömungsrichtung S zeigenden Koppelungsbereich 5 von dem Leitelement 4 umschlossen. Dieses Umschließen des Leitelementes 4 wird durch eine gasdichte Koppelung 6 realisiert. Die Koppelung 6 kann dabei stoffschlüssig oder auch formschlüssig erfolgen.
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Das Leitelement 4 selber ist wiederum von einem auf die Strömungsrichtung S bezogenen Anfangsbereich im Koppelungsbereich 5 mit dem Leitelement 4 gekoppelt. Dabei übergreift der Anfangsbereich A des Einströmtrichters 3 das Leitelement 4. Diese Koppelung 6 kann stoffschlüssig und/oder auch formschlüssig erfolgen. In jeder Hinsicht erfolgen beide Koppelungen 6 gasdicht.
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Das Leitelement 4 ist bezogen auf die Bildebene nach unten abgekrümmt. Es weist an einer Außenseite 7 zwei Sicken 8 auf. Die Sicken 8 sind in Bezug auf die Abgasströmung nach innen ausgeprägt. Die Ausprägung kann dabei, wie hier gezeigt, wellenförmig oder aber auch, hier nicht dargestellt, scharfkantiger mit engeren Biegeradien erfolgen. Die auf die Strömungsrichtung S bezogene erste Sicke 8 hat, wie hier dargestellt, eine stärkere Ausprägung als die auf die Strömungsrichtung S bezogene zweite Sicke 8'.
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Zwischen dem Leitelement 4 und dem Einströmtrichter 3 befindet sich umlaufend ein Spalt 9. Bezogen auf die Außenseite 7 des Leitelementes 4 nimmt der Spalt 9 kontinuierlich in Strömungsrichtung S zu. Die Hauptströmung des Abgases verläuft an der Außenseite 7 der Krümmung, weshalb hier eine besonders hohe thermische Belastung vorliegt. Durch den Abstand 10 den der Spalt 9 zwischen Leitelement 4 und Einströmtrichter 3 einnimmt, entsteht daher eine zusätzliche thermische Absicherung des Einströmtrichters 3.
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Die Austrittsöffnung 11 des Leitelementes 4 liegt in einer Ebene, die innerhalb des von dem Einströmtrichter 3 und dem hier nicht dargestellten, angeschlossenen Einsatz der Abgasnachbehandlungseinheit gebildeten Innenraum I liegt. Die Ebene, in der die Austrittsöffnung 11 liegt, steht dabei, wie hier dargestellt, in einem Winkel α zu der Ebene 12, in der die Austrittsöffnung des Einströmtrichters 3 liegt.
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In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform erweitert sich die Querschnittsfläche des Leitelementes 4 und auch des Einströmtrichters 3 im Verlauf der Strömungsrichtung S. Die Querschnittserweiterung kann dabei kontinuierlich, wie bei dem am Einströmtrichter 3 dargestellt, verlaufen oder aber auch diskontinuierlich, wie am Leitelement 4 gezeigt, wobei die Querschnittsfläche des Leitelementes 4 im Koppelungsbereich 5 kleiner ist als die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 11.
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2 zeigt eine Draufsicht des Einströmtrichters 3. Hierbei ist die Austrittsöffnung 11 des Leitelementes 4 in einer Draufsicht dargestellt. Ebenfalls zu erkennen ist, die im Wesentlichen über die gesamte Breite des Leitelementes 4 verlaufende Sicke 8' quer zur Strömungsrichtung S. Die Austrittsöffnung 11 weist eine im Wesentlichen trapezförmige Form mit abgerundeten Ecken auf. Die Querschnittsfläche der Austrittsöffnung 11 ist größer als die des Abgasrohres 2 aber um mehr als 50% kleiner als die Austrittsöffnung des Einströmtrichters 3 in der Ebene 12 (1). Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit verlangsamt, so dass es zu einer Vergleichmäßigung der Anströmung der Abgasnachbehandlungseinheit kommt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasstrang
- 2
- Abgasrohr
- 3
- Einströmtrichter
- 4
- Leitelement
- 5
- Koppelungsbereich
- 6
- Koppelung
- 7
- Außenseite
- 8
- Sicken
- 8'
- Sicke
- 9
- Spalt
- 10
- Abstand
- 11
- Austrittsöffnung zu 4.
- 12
- Ebene zu 11.
- 13
- Innenraum
- S
- Strömungsrichtung
- I
- Innenraum
- A
- Anfangsbereich
- E
- Ecken
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3903803 A1 [0002]
- DE 10300384 B4 [0003]
