DE102011103119A1

DE102011103119A1 - Anordnung einer Abgasanlage an einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens und Abgasanlage

Info

Publication number: DE102011103119A1
Application number: DE102011103119A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Antonio Pepe; Dipl.-Ing. Dirk Wörner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Abgasanlage (16) an einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens. Die Abgasanlage (16) weist eine der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine (12) abgewandte Seite (32, 34) auf. Eine zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in eine Abgasleitung (20) der Abgasanlage (16) ausgelegte Dosiereinrichtung (22) ist mittels eines Kühlmittels kühlbar. Die Dosiereinrichtung (22) ist hierbei zumindest bereichsweise auf derjenigen Seite (32) der Abgasanlage (16) angeordnet, welche der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandt ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage (16) zur Anordnung an einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Abgasanlage an einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Abgasanlage weist eine der Verbrennungskraftmaschine zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine abgewandte Seite auf, und sie umfasst eine Dosiereinrichtung zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in eine Abgasleitung der Abgasanlage. Die Dosiereinrichtung ist mittels eines Kühlmittels kühlbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage zur Anordnung an einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zum Verringern der Stickoxidkonzentration im Abgas mittels einer Dosiereinrichtung ein Reduktionsmittels in den Abgasstrang einzubringen. Das Reduktionsmittel setzt in einem der Dosiereinrichtung nachgeschalteten SCR-Katalysator (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) Stickoxide in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser um. Als Reduktionsmittel kann hierbei eine wässrige Harnstofflösung verwendet werden, aus welcher im heißen Abgas Ammoniak freigesetzt wird, welcher dann für die Reduktion der Stickoxide zur Verfügung steht. Alternativ kann auch mittels der Dosiereinrichtung direkt eine ammoniakhaltige Lösung in den Abgasstrang eingebracht werden.
Die Dosiereinrichtung ist im Betrieb der Abgasanlage einer sehr hohen Wärmebelastung ausgesetzt. Um den Wärmeeintrag zu verringern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Dosiereinrichtung durch Beaufschlagen mit einem Kühlmittel aktiv zu kühlen.
Die DE 10 2007 000 666 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels für die Abgasnachbehandlung in ein Abgasrohr, wobei ein Dosierventil mit dem Reduktionsmittel beaufschlagt und so gekühlt wird. Das Reduktionsmittel wird hierfür aus einem Reduktionsmitteltank hin zum Dosierventil geführt, und von dort wieder zurück in den Reduktionsmitteltank.
Es hat sich herausgestellt, dass es trotz der aktiven Kühlung der Dosiereinrichtung zu einer hohen thermischen Belastung kommen kann, welche zu einer Funktionsstörung der Dosiereinrichtung führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine funktionale verbesserte Anordnung der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Abgasanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung einer Abgasanlage an einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens weist die Abgasanlage eine der Verbrennungskraftmaschine zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine abgewandte Seite auf. Eine Dosiereinrichtung dient dem Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in eine Abgasleitung der Abgasanlage. Die mittels eines Kühlmittels kühlbare Dosiereinrichtung ist hierbei zumindest bereichsweise auf derjenigen Seite der Abgasanlage angeordnet, welche der Verbrennungskraftmaschine zugewandt ist. Dadurch lässt sich, wenn ein Kühlmittelvorrat ebenfalls auf der der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Seite angeordnet ist, das Kühlmittel auf besonders kurzem Wege der Dosiereinrichtung zuführen.
Zudem erfährt das Reduktionsmittel hierbei eine allenfalls geringe durch die Abgasanlage bedingte Erwärmung. Dies führt dazu, dass die Kühlung der Dosiereinrichtung durch Beaufschlagen derselben mit dem Kühlmittel sicher gewährleistet werden kann. Eine Funktionsstörung oder ein Ausfall der Dosiereinrichtung aufgrund thermischer Überlastung kann so vermieden werden.
Des Weiteren brauchen keine aufwändigen und kostenintensiven Isolationsmaßnahmen der Abgasanlage vorgenommen zu werden, um einen zu starken Wärmeeintrag in das Kühlmittel zu vermeiden. So lässt sich eine Kostenersparnis realisieren. Die funktional verbesserte Anordnung einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens ermöglicht somit eine besonders funktionssichere Kühlung der Dosiereinrichtung durch Beaufschlagen mit dem Kühlmittel.
Bevorzugt ist die Dosiereinrichtung vollständig auf der Seite der Abgasanlage angeordnet, welche der Verbrennungskraftmaschine zugewandt ist. Dann erscheint in einer Projektion der Abgasanlage auf eine durch die Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugquerrichtung aufgespannte Ebene die Dosiereinrichtung als seitlicher Vorsprung an der Abgasleitung, in welche die Dosiereinrichtung im Betrieb das Reduktionsmittel einbringt. Durch diese Anordnung der Dosiereinrichtung ist eine besonders gute Zugänglichkeit derselben gegeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an die Dosiereinrichtung wenigstens eine Kühlmittelleitung angeschlossen, welche in einem entlang der Abgasanlage verlaufenden Bereich auf der der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Seite neben der Abgasanlage angeordnet ist. Mit anderen Worten quert die wenigstens eine Kühlmittelleitung die Abgasanlage nicht. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein besonders intensiver Wärmeeintrag in das die Kühlmittelleitung durchströmende Kühlmittel dann gegeben ist, wenn eine solche Querung vorliegt, wenn sich also die Kühlmittelleitung und die Abgasanlage kreuzen. Bei der vorliegenden, in der Projektion auf die durch Fahrzeuglängsrichtung und die Fahrzeugquerrichtung aufgespannte Ebene kreuzungsfreien Anordnung der Kühlmittelleitung in Bezug auf die Abgasanlage lässt sich daher eine besonders effektive Kühlung der Dosiereinrichtung durch Beaufschlagen mit dem Kühlmittel erreichen.
Die Verbrennungskraftmaschine kann mit einem Getriebe gekoppelt sein, wobei dann vorteilhaft die wenigstens eine Kühlmittelleitung zumindest in dem entlang der Abgasanlage verlaufenden Bereich zwischen dem Getriebe und der Abgasanlage angeordnet ist. Hierbei ist auch die Dosiereinrichtung auf der dem Getriebe zugewandten Seite der Abgasanlage angeordnet. Eine solche, innenliegende Anordnung der Kühlmittelleitung und der Dosiereinrichtung vereinfacht die Führung der wenigstens einen Kühlmittelleitung entlang des Getriebes. Die wenigstens eine Kühlmittelleitung kann insbesondere über den überwiegenden Teil ihrer Länge hinweg am Getriebe verlegt sein, so dass eine besonders große Entfernung derselben von der Abgasanlage gegeben ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind eine erste Kühlmittelleitung als eine zu der Dosiereinrichtung führende Vorlaufleitung und eine zweite Kühlmittelleitung als von der Dosiereinrichtung wegführende Rücklaufleitung ausgebildet. Durch einen die Vorlaufleitung und die Rücklaufleitung umfassenden Kühlkreislauf für das Kühlmittel lässt sich eine besonders effiziente Wärmeabfuhr von der Dosiereinrichtung erreichen.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine Kühlmittelleitung in einem an die Dosiereinrichtung angeschlossenen Bereich einen größeren Winkel mit der Abgasleitung abschließt als in einem sich an diesen Bereich anschließenden weiteren Bereich. Über den unter dem größeren Winkel zu der Abgasleitung verlaufenden ersten Bereich wird dann im Kühlbetrieb das Kühlmittel besonders rasch von der Abgasanlage weggeführt, und der sich an den ersten Bereich anschließende weitere Bereich verläuft in größerer Entfernung von der Abgasanlage. Auch dies führt im Kühlbetrieb zu einem besonders geringen Wärmeeintrag in das Kühlmittel.
Bevorzugt ist die Dosiereinrichtung mittels eines dem Kühlen der Verbrennungskraftmaschine dienenden Kühlmittels kühlbar. Dies hat den Vorteil, dass der zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine vorgesehene Kühlkreislauf ohnehin vorhanden ist und lediglich eine Abzweigung zu der Dosiereinrichtung vorgesehen zu werden braucht. Zudem kann die Temperatur des zum Kühlen der Verbrennungskraftmaschine eingesetzten Kühlmittels besonders einfach auf einem ausreichend niedrigen Temperaturniveau gehalten werden, welches für das effiziente Abführen von Wärme von der Dosiereinrichtung günstig ist.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Dosiereinrichtung stromabwärts eines Partikelfilters in der Abgasanlage angeordnet ist. Dann lässt sich mittels der Abgasanlage eine besonders weitgehende Abgasreinigung erreichen.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage ist zur Anordnung an eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens vorgesehen. Hierbei weist die Abgasanlage in ihrer Einbaulage eine der Verbrennungskraftmaschine zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine abgewandte Seite auf. Zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in die Abgasanlage ist eine Dosiereinrichtung vorgesehen, welche an eine Abgasleitung der Abgasanlage angeschlossen ist. Hierbei ist die Dosiereinrichtung mittels eines Kühlmittels kühlbar und zumindest bereichsweise auf derjenigen Seite der Abgasanlage angeordnet, welche in der Einbaulage der Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine zugewandt ist. Eine solche Abgasanlage ist besonders gut dazu geeignet, eine Kühlung der Dosiereinrichtung mittels des Kühlmittels sicherzustellen.
Die für die erfindungsgemäße Anordnung der Abgasanlage an der Verbrennungskraftmaschine beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Abgasanlage.
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 eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, welche mit einem Getriebe gekoppelt ist, wobei ein an einer Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenes Dosierventil für eine Harnstofflösung auf einer dem Getriebe zugewandten Seite der Abgasanlage angeordnet ist.
Von einem Kraftwagen 10, welcher als Personenkraftwagen oder als Nutzfahrzeug ausgebildet sein kann, ist in der Figur eine Verbrennungskraftmaschine 12 gezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist mit einem Getriebe 14 gekoppelt. Eine Abgasanlage 16 der Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst einen Partikelfilter 18. An einer an den Partikelfilter 18 angeschlossenen Abgasleitung 20 der Abgasanlage 16 ist stromabwärts des Partikelfilters 18 ein Dosierventil 22 angeordnet. Über das Dosierventil 22 wird im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 eine Reduktionsmittellösung in die Abgasleitung 20 eindosiert.
Diese Reduktionsmittellösung, bei welcher es sich insbesondere um eine wässrige Harnstofflösung handeln kann, führt zur Freisetzung von Ammoniak, welcher in einem dem Partikelfilter 18 nachgeschalteten (nicht gezeigten) SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytic Reduction, selektive katalytische Reduktion) mit Stickoxiden aus dem Abgas reagiert. Hierbei werden die Stickoxide in einer selektiven, katalytischen Reduktionsreaktion unter Freisetzung von Wasser zu Stickstoff reduziert. Die Reduktionsmittellösung wird über einen Anschluss 24 dem Dosierventil 22 zugeführt.
An einem weiteren Anschluss 26 des Dosierventils 22 sind eine Vorlaufleitung 28 und eine Rücklaufleitung 30 angeschlossen, über welche das Dosierventil 22 zum Kühlen desselben mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Das Kühlmittel stammt aus dem Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine 12.
Die Abgasleitung 20 weist eine dem Getriebe 14 und der Verbrennungskraftmaschine 12 zugewandte Seite 32 und eine dem Getriebe 14 und der Verbrennungskraftmaschine 12 abgewandte Seite 34 auf. Das Dosierventil 22 und die beiden Kühlmittelleitungen sind hierbei auf der dem Getriebe 14 und der Verbrennungskraftmaschine 12 zugewandten Seite 32 der Abgasleitung 20 angeordnet. Mit anderen Worten ist das Dosierventil 22 innenliegend, also zum Getriebe 14 und zu der Verbrennungskraftmaschine 12 weisend an der Abgasanlage 16 angeordnet.
Die Anschlüsse der Vorlaufleitung 28 und der Rücklaufleitung 30 an den Kühlmantel der Verbrennungskraftmaschine 12 befinden sich auf einer dem Getriebe 14 zugewandten Seite der Verbrennungskraftmaschine 12. Von hier folgen die Kühlmittelleitungen im Wesentlichen dem Verlauf der Abgasleitung 20, wobei die Kühlmittelleitungen über einen überwiegenden Teil ihrer Länge hinweg an einem Gehäuse des Getriebes 14 verlegt sind.
Die Kühlmittelleitungen queren die Abgasanlage 16 nicht, um das Dosierventil 22 mit dem Kühlmittel zu beaufschlagen bzw. erwärmtes Kühlmittel von dem Dosierventil 22 wegzuführen. Vielmehr befinden sich die Kühlmittelleitungen in einem Bereich 36 zwischen dem Getriebe 14 und der Abgasanlage 16 auf der dem Getriebe 14 zugewandten Seite 32 der Abgasanlage 16 und sind in Bezug auf die Abgasanlage 16 kreuzungsfrei verlegt. Das Vermeiden einer Querung der Abgasanlage 16 durch die Kühlmittelleitungen verhindert, dass über die Abgasanlage 16 unerwünscht viel Wärme in das Kühlmittel eingetragen wird. Dadurch wird eine zu hohe thermische Belastung der Kühlmittelleitungen und eine damit gegebenenfalls verbundene Beeinträchtigung der Funktion des Dosierventils 22 vermieden. Dadurch, dass die Kühlmittelleitungen die Abgasanlage 16 nicht queren oder kreuzen, kann zudem auf eine aufwändige, teure Isolation der Abgasanlage 16 verzichtet werden.
In einem unmittelbar an den Anschluss 26 des Dosierventils 22 angeschlossenen Bereich 38 der Kühlmittelleitungen schließen diese einen Winkel von mehr als 45° mit der Abgasleitung 20 ein. Es werden also in diesem Bereich 38 die Kühlmittelleitungen auf einer vergleichsweise kurzen Strecke vergleichsweise weit von der Abgasanlage 16 weggeführt. In einem an diesem Bereich 38 anschließenden weiteren Bereich 40 sind die Kühlmittelleitungen außen entlang des Gehäuses des Getriebes 14 verlegt. Sie verlaufen somit in vergleichsweise großer Entfernung von der Abgasanlage 16. Auch dies trägt dazu bei, dass im das Dosierventil 22 kühlenden Kühlbetrieb ein Wärmeeintrag von der Abgasanlage 16 in das Kühlmittel besonders gering ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007000666 A1 [0004]

Claims

Anordnung einer Abgasanlage (16) an einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens, wobei die Abgasanlage (16) eine der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine (12) abgewandte Seite (32, 34) aufweist, mit einer Dosiereinrichtung (22) zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in eine Abgasleitung (20) der Abgasanlage (16), wobei die Dosiereinrichtung (22) mittels eines Kühlmittels kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (22) zumindest bereichsweise auf derjenigen Seite (32) der Abgasanlage (16) angeordnet ist, welche der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Dosiereinrichtung (22) wenigstens eine Kühlmittelleitung (28, 30) angeschlossen ist, welche in einem entlang der Abgasanlage (16) verlaufenden Bereich (38) auf der der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandten Seite (32) neben der Abgasanlage (16) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (12) mit einem Getriebe (14) gekoppelt ist, wobei die wenigstens eine Kühlmittelleitung (28, 30) zumindest in dem entlang der Abgasanlage (16) verlaufenden Bereich (36) zwischen dem Getriebe (14) und der Abgasanlage (16) angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kühlmittelleitung als eine zu der Dosiereinrichtung (22) führende Vorlaufleitung (28) und eine zweite Kühlmittelleitung als von der Dosiereinrichtung (22) wegführende Rücklaufleitung (30) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kühlmittelleitung (28, 30) in einem an die Dosiereinrichtung (22) angeschlossenen Bereich (38) einen größeren Winkel mit der Abgasleitung (20) einschließt als in einem sich an diesen Bereich (38) anschließenden weiteren Bereich (40).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (22) mittels eines dem Kühlen der Verbrennungskraftmaschine (12) dienenden Kühlmittels kühlbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (22) stromabwärts eines Partikelfilters (18) in der Abgasanlage (16) angeordnet ist.
Abgasanlage zur Anordnung an einer Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens, wobei die Abgasanlage (16) in ihrer Einbaulage eine der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandte und eine der Verbrennungskraftmaschine (12) abgewandte Seite (32, 34) aufweist, mit einer Dosiereinrichtung (22) zum Einbringen einer Reduktionsmittellösung für die Abgasnachbehandlung in eine Abgasleitung (20) der Abgasanlage (16), wobei die Dosiereinrichtung (22) mittels eines Kühlmittels kühlbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (22) zumindest bereichsweise auf derjenigen Seite (32) der Abgasanlage (16) angeordnet ist, welche in der Einbaulage der Abgasanlage (16) der Verbrennungskraftmaschine (12) zugewandt ist.