DE102012006365A1

DE102012006365A1 - Abgasanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012006365A1
Application number: DE102012006365A
Authority: DE
Inventors: Hagen Müller; Timo Schmidt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (10) für ein Fahrzeug mit einer Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (16) für die Abger Dosiereinrichtung (14) ist eine zum Vermischen des Reduktionsmittels (16) mit dem Abgas (18) ausgebildete Mischeinrichtung (20) angeordnet. Zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung (20) ist diese mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung (14) angeordneten Komponente der Abgasanlage (10), etwa mit einem Abgaskrümmer (28), wärmeleitend gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Fahrzeug, welche eine Dosiereinrichtung umfasst, mittels welcher ein Reduktionsmittel für die Abgasnachbehandlung in das Abgas eingebracht werden kann. Stromabwärts der Dosiereinrichtung ist eine Mischeinrichtung angeordnet, welche dem Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas dient. Die Mischeinrichtung ist beheizbar.
Eine derartige Abgasanlage ist aus der EP 0 894 523 A1 bekannt. Hier ist stromaufwärts eines SCR-Katalysators (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) ein statischer Mischer angeordnet, welcher eine Vermischung einer Harnstofflösung mit dem Abgas und eine Zersetzung von Harnstoff unter Freisetzung von Ammoniak bewirkt. Um die Reaktivität des Mischers für die Hydrolyse der Harnstofflösung zu erhöhen, ist der statische Mischer mit einer Heizeinrichtung versehen, welche bevorzugt als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet ist. Stromaufwärts des statischen Mischers ist eine Dosiereinrichtung vorgesehen, über deren Zerstäuberdüse die Harnstofflösung dem Abgas zugeführt wird.
Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass die elektrische Beheizung des Mischers aufwändig, und zwar insbesondere energieaufwändig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher auf besonders einfache Art und Weise eine besonders gute Aufbereitung des Reduktionsmittels erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist die Mischeinrichtung mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung angeordneten Komponente der Abgasanlage wärmeleitend gekoppelt, um Heizwärme in die Mischeinrichtung einzubringen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich stromaufwärts der Dosiereinrichtung angeordnete Komponenten der Abgasanlage im Betrieb derselben besonders rasch erwärmen. Durch die wärmeleitende Ankopplung der Mischeinrichtung an zumindest eine solche Komponente kann also auf besonders einfache Art und Weise die Mischeinrichtung beheizt werden.
Dies führt zu einer besonders schnellen und sicheren Aufbereitung des Reduktionsmittels. Auch bei einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine kann eine in das Abgas eingespritzte Reduktionsmittellösung besonders rasch verdampft werden, und zusätzlich fördert die Mischeinrichtung das Vermischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas. Auch bei niedrigen Drehzahlen und kalter Verbrennungskraftmaschine ist also auf einfache Art und Weise eine besonders gute Aufbereitung des Reduktionsmittels erreichbar.
Das aufbereitete Reduktionsmittel steht dann in einer stromabwärts der Mischeinrichtung angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche insbesondere einen SCR-Katalysator umfassen kann, für die Abgasnachbehandlung bereit. So ist eine besonders gute Abgasreinigung erreichbar. Zudem führt das durch die Beheizung der Mischeinrichtung bewirkbare vollständige Verdampfen des Reduktionsmittels vor dessen Eintritt in die Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem verringerten Verbrauch an Reduktionsmittel.
Auch kann eine zwischen der Mischeinrichtung und der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorzusehende Mischstrecke vergleichsweise kurz ausgebildet werden, sodass sich ein besonders gutes Packaging der Abgasanlage erreichen lässt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mischeinrichtung mit einem Abgaskrümmer der Abgasanlage gekoppelt. Durch diese Anbindung der Mischeinrichtung an den Abgaskrümmer lässt sich die Wärme des den Abgaskrümmer im Betrieb der Abgasanlage durchströmenden Abgases besonders gut auf die Mischeinrichtung übertragen. Zudem liegen im Bereich des Abgaskrümmers, welcher sich unmittelbar an die Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs anschließt, besonders hohe Abgastemperaturen vor, sodass diese Komponente der Abgasanlage besonders effizient zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung genutzt werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann die Mischeinrichtung mit einem Abgasturbolader der Abgasanlage gekoppelt sein. Auch die Turbine des Abgasturboladers ist nämlich vergleichsweise motornah angeordnet. Aufgrund der hier vergleichsweise hohen Abgastemperaturen bewirkt daher auch eine thermische Ankopplung der Mischeinrichtung an den Abgasturbolader ein besonders effektives Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung.
Bevorzugt ist die Mischeinrichtung mit der Komponente der Abgasanlage stoffschlüssig verbunden, insbesondere durch Schweißen. Durch einen solchen, besonders innigen Verbund der Mischeinrichtung mit der Komponente der Abgasanlage lässt sich eine besonders gut wärmeleitende Ankopplung sicherstellen.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Mischeinrichtung Strömungsleitelemente aufweist, da so eine Strömungsführung des die Mischeinrichtung durchströmenden Abgases zusätzlich eine besonders gute Durchmischung des Reduktionsmittels mit dem Abgas bewirkt.
Die Mischeinrichtung kann auch elektrisch beheizbar sein. So kann insbesondere dann, wenn die Temperatur der mit der Mischeinrichtung wärmeleitend gekoppelten Komponente der Abgasanlage noch vergleichsweise niedrig ist, ein elektrisches Zuheizen die vollständige Verdampfung des Reduktionsmittels erleichtern.
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 schematisiert eine Abgasanlage eines Fahrzeugs, bei welcher ein zum Vermischen von Abgas mit einer wässrigen Harnstofflösung ausgebildetes Mischmodul durch Anbindung des Mischmoduls an einen Abgaskrümmer der Abgasanlage beheizbar ist.
In der Figur ist schematisch eine Abgasanlage 10 gezeigt, durch welche Abgas eines Verbrennungsmotors 12 eines Fahrzeugs strömt. Mittels eines Dosiermoduls 14 wird eine wässrige Harnstofflösung 16 in das Abgas 18 eingebracht. Die Harnstofflösung 16 wird in einem Mischmodul 20 verdampft und im Bereich einer an das Mischmodul 20 anschließenden Mischstrecke 22 mit dem Abgas vermischt.
Bei der hierbei erfolgenden Aufbereitung der wässrigen Harnstofflösung 16 wird aus dem Harnstoff Ammoniak freigesetzt. In der Mischstrecke 22 liegt somit ein gasförmiges Abgas-Ammoniak-Gemisch 24 vor. Der Ammoniak wird anschließend in einem SCR-Katalysator 26 mit Stickoxiden aus dem Abgas in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.
Um sicherzustellen, dass vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator 26 die Harnstofflösung 16 vollständig verdampft ist, ist das Mischmodul 20 vorliegend beheizbar ausgebildet. Hierfür ist das Mischmodul 20 – bevorzugt stoffschlüssig – an eine Komponente der Abgasanlage 10 angebunden, welche stromaufwärts des Dosiermoduls 14 angeordnet ist.
Bei dem in der Figur schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Mischmodul 20 an einen Abgaskrümmer 28 wärmeleitend angebunden. Der Abgaskrümmer 28 wird nämlich im Betrieb des Verbrennungsmotors 12 von Abgas 18 mit vergleichsweise hoher Temperatur durchströmt, und diese Abgaswärme wird vorliegend genutzt, um Heizwärme in das Mischmodul 20 einzubringen.
Zusätzlich oder alternativ kann das Mischmodul 20 wärmeleitend mit einer Turbine 30 eines Abgasturboladers 32 der Abgasanlage 10 gekoppelt sein. Auch im Bereich des Abgasturboladers 32 liegt nämlich bereits kurze Zeit nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 12 eine besonders hohe Temperatur vor.
Die Wärme des Abgasturboladers 32 kann daher zur Verbesserung der Aufbereitung der Harnstofflösung 16 genutzt werden, indem durch ein wärmeleitendes Ankoppeln des Mischmoduls 20 an den Abgasturbolader 32 Heizwärme in das Mischmodul 20 eingebracht wird. Die vom Abgas durchströmte Turbine 30 des Abgasturboladers 32 treibt in an sich bekannter Art und Weise einen Verdichter 34 an, welcher über eine Zuluftleitung 36 angesaugte Rohluft zu Ladeluft 38 verdichtet, die dem Verbrennungsmotor 12 zugeführt wird.
Das Mischmodul 20 weist bevorzugt zusätzlich Strömungsleitelemente auf, um die Vermischung der verdampften Harnstofflösung 16 mit dem Abgas 18 zu verbessern.
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

EP 0894523 A1 [0002]

Claims

Abgasanlage für ein Fahrzeug, mit einer Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen eines Reduktionsmittels (16) für die Abgasnachbehandlung in das Abgas (18), wobei stromabwärts der Dosiereinrichtung (14) eine zum Vermischen des Reduktionsmittels (16) mit dem Abgas (18) ausgebildete Mischeinrichtung (20) angeordnet ist, welche beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbringen von Heizwärme in die Mischeinrichtung (20) diese mit einer stromaufwärts der Dosiereinrichtung (14) angeordneten Komponente (38) der Abgasanlage (10) wärmeleitend gekoppelt ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit einem Abgaskrümmer (28) der Abgasanlage (10) gekoppelt ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit einem Abgasturbolader (32) der Abgasanlage (10) gekoppelt ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) mit der Komponente (28) der Abgasanlage (10) stoffschlüssig verbunden ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) Strömungsleitelemente aufweist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (20) elektrisch beheizbar ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung (14) zum Einbringen einer wässrigen Harnstofflösung (16) in das Abgas (18) ausgebildet ist.