DE102012111335A1 - Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einem Abgasstrang (2), in welchem zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (3), insbesondere zumindest ein SCR-Katalysator (3a), angeordnet ist, wobei stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) in den Abgasstrom (S) eine Zumesseinrichtung (4) für ein insbesondere Ammoniak enthaltendes Additiv im Bereich einer Mischeinrichtung (5) zur Einbringung des Additivs in den Abgasstrom (S) einmündet, und die Mischeinrichtung (5) zumindest eine Heizvorrichtung (7) aufweist. Um mit möglichst geringem Raumbedarf eine effiziente Aufbereitung des Additivs im Abgas zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung (7) durch zumindest eine Strömungsleitfläche (8) für den Abgasstrom (S) vor oder in der Mischeinrichtung (5) gebildet ist und die Strömungsleitfläche (8) in eine konkav gekrümmte erste Leitfläche (9) der Mischeinrichtung (5) übergeht, wobei die erste Leitfläche (9) an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest eine erste Ablösekante (11) ausbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem, in welchem zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere zumindest ein SCR-Katalysator, angeordnet ist, wobei stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in den Abgasstrom eine Zumesseinrichtung für ein insbesondere Ammoniak enthaltendes Additiv im Bereich einer Mischeinrichtung zur Einbringung des Additivs in den Abgasstrom einmündet und die Mischeinrichtung zumindest eine Heizvorrichtung aufweist.
  • Aus der WO 2008/122 724 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang bekannt, in welchem ein SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Additiv über eine Zumesseinrichtung und eine Mischeinrichtung in den Abgasstrang eingespritzt wird.
  • Aufgrund der niedrigen Einspritzdrücke des Additivs entstehen relativ große Tropfen im Abgasstrom. Daraus resultieren lange Verdampfungszeiten und lange Weglängen. Die für eine vollständige Verdampfung erforderlichen Weglänge sind in mobilen Anwendungen meist nicht verfügbar.
  • Eine gleichförmige Verteilung des Additivs über den Querschnitt einer Abgasanlage für alle relevanten Betriebspunkte ist kaum zu erzielen.
  • Eine großräumige Durchmischung von ungleichförmigen verteilten Gaskomponenten ist mit den üblichen Rohr-/Mischelementen bei den geringen zur Verfügung stehenden Weglängen schwer oder nur mit erheblichem Druckverlust zu erzielen.
  • Darüber hinaus kommt es häufig zu Wandkontakt der eingespritzten Tropfen mit den kalten Wänden des Abgasstrangs, wodurch sich unerwünschte Ablagerungen bilden können.
  • Es ist bekannt, Mischer, die meist lediglich eine lokale Vermischung bewirken, zu verwenden. Zum anderen werden auch Wirbelmischer (Vortex-Mischer) eingesetzt, die aber eine große Rohrlänge benötigen.
  • Die WO 2008/024535 A2 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Mischeinrichtung zur Zuführung eines Additivs, wobei in der Mischeinrichtung eine spiralförmige Kammer angeordnet ist. Die Mischeinrichtung weist eine Heizeinrichtung auf, um die Verdampfung des Additivs zu verbessern.
  • Die WO 2006/014129 A1 zeigt eine Mischeinrichtung zur Zuspeisung eines Mediums in einen Angasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei die Mischeinrichtung eine Heizeinrichtung aufweist.
  • Eine weitere Mischeinrichtungen mit porösen Platten zur Zerstäubung des eingespritzten Additivs ist aus der EP 1 748 162 A1 bekannt.
  • Die EP 1 936 137 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, wobei die Mischeinrichtung eine Heizvorrichtung mit flügelförmigen Heizrippen aufweist, auf welche vom eingespritzten Additiv benetzt werden.
  • Die Heizeinrichtungen bewirken eine mehr oder weniger effektive Verdampfung des eingebrachten Additivs. Jedoch werden größere Tropfen weniger gut verdampft, sodass für eine gute Durchmischung trotzdem noch ein relativ große Rohrlänge erforderlich ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst geringem baulichem und räumlichem Aufwand eine gleichmäßige Verteilung des Additivs am Eintritt in die Nachbehandlungseinrichtung zu ermöglichen und dabei Ablagerungen zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Heizvorrichtung durch zumindest eine Strömungsleitfläche für den Abgasstrom vor oder in der Mischeinrichtung gebildet ist und die Strömungsleitfläche in eine konkav gekrümmte erste Leitfläche der Mischeinrichtung übergeht, wobei die erste Leitfläche an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest eine erste Ablösekante ausbildet.
  • Der Einsatz der Ablösekante führt dazu, dass ein sich ergebender Wandfilm in die Strömung eingebracht werden kann. Andererseits fördert die Einbringung der flüssigen Phase bzw. des hochkonzentrierten gasförmigen NH3 im Hauptstrom die Durchmischung, da eine Ausbreitung in alle Richtungen ermöglicht wird.
  • Um eine gute Zerstäubung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die als Strömungsleitfläche ausgebildete Heizvorrichtung eine Prallplatte für das eingebrachte Additiv ausbildet, wobei die Zumesseinrichtung auf die Prallplatte gerichtet ist, wobei vorzugsweise die Prallplatte im Bereich des Eintrittes des Abgasstromes in die Mischeinrichtung angeordnet ist. Auf der hinsichtlich des eingespritzten Additivs stromabgewandten Seite der Prallplatte können Heizrippen angeordnet sein. Die Zerstäubung kann weiter verbessert werden, wenn die Strömungsleitfläche im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung des Abgasstromes angeordnete, vorzugsweise beheizbare, Leitrippen aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die vorzugsweise die Prallplatte ausbildende Strömungsleitfläche parallel zum in die Mischeinrichtung eintretenden Abgasstrom angeordnet.
  • Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Strömungsleitfläche unter einem vorzugsweise spitzen Winkel zum in die Mischeinrichtung eintretenden Abgasstrom geneigt angeordnet ist und eine Umlenkfläche für den Abgasstrom ausbildet, welche vorzugsweise die Heizvorrichtung ausbildet. Insbesondere bei einer Anordnung mit rein axialer Abgasströmung ist eine Dosierung des Additivs direkt auf die Prallfläche bzw. auf eine Heizfläche nicht möglich, so dass der Spray durch die Strömung auf die Umlenkflächen des Zyklons transportiert wird. Diese Umlenkflächen haben hier also gleichzeitig die Funktion von Heizflächen.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Strömungsleitfläche und/oder die Prallplatte tangential in eine konkav gekrümmte erste Leitfläche der Mischeinrichtung übergeht.
  • Eine besonders gleichmäßige Verteilung des Additivs lässt sich erreichen, wenn die Heizvorrichtung durch zwei Strömungsleitflächen, die Umlenkflächen ausbilden, gebildet ist, wobei die Umlenkflächen tangential zu im Wesentlichen zylindrischen ersten und zweiten Leitflächen angeordnet sind und in diese übergehen.
  • Die Mischeinrichtung ist bevorzugt als Zyklon ausgebildet.
  • Die Aufbereitung des Additiv-Strahles erfolgt somit durch eine Kombination aus Vorverdampfung und Zerstäubung und anschließender Vermischung im Zyklon. Die Einbringung des Additivs in den Zyklon erfolgt über zumindest eine Ablösekante, so dass die flüssige Phase bzw. das hochzentrierte gasförmige Additiv (beispielsweise ein NH3-Wasser-Gemisch) im Hauptstrom in den Zyklon eingebracht wird und sich nach allen Seiten und nicht von einer Wand behindert durchmischen kann.
  • Zur Vermeidung von Ablagerungen bei der Vorverdampfung auf die Prallplatte wird ein Abkühlen der Prallplatte unter die kritische Temperatur mittels der Heizvorrichtung vermieden.
  • In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, in Strömungsrichtung nacheinander zumindest zwei, vorzugsweise spiralförmig oder zylindrisch, konkav gekrümmte Leitflächen angeordnet sind, wobei vorzugsweise einander zugewandte Enden der Leitflächen in einer radialen Richtung so versetzt zueinander angeordnet sind, dass das Ende einer stromaufwärtigen Leitfläche im Bereich der konkaven Seite der stromabwärtigen Leitfläche angeordnet ist.
  • Die Mischeinrichtung weist ein Zentralrohr auf, wobei die zumindest eine Leitfläche um das Zentralrohr herum mit Abstand angeordnet sind, so dass zwischen dem Zentralrohr und der Leitfläche ein vom Abgas durchströmter Ringsraum ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Stirnseite des Ringraumes geschlossen ist.
  • Mit dem Zentralrohr im Inneren des Zyklons wird der Kanalquerschnitt reduziert. Damit wird eine schlechte Vermischung im Zentrum des Zyklons vermieden. Das Zentralrohr kann dabei geringfügig durchströmt werden, um die Wandtemperatur an die Gastemperatur anzugleichen und somit eine Wandfilmbildung zu verhindern.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Zentralrohr ein stromaufwärtiges erstes Ende und ein stromabwärtiges zweites Ende aufweist, wobei das Zentralrohr im Bereich des ersten Endes mit dem Ringraum strömungsverbunden ist und wobei der Ringraum im Bereich des zweiten Endes geschlossen ist. Somit entsteht eine zusätzliche Umlenkung im Bereich des ersten Endes des Zentralrohres durch Umleitung der Strömung aus dem Ringraum in das innere des Zentralrohrs. Durch diese zusätzliche Strömungsumlenkung kann die Vermischung weiter verstärkt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei der Positionierung des Injektors Kompromisse eingegangen werden müssen.
  • Die Mischeinrichtung kann innerhalb eines Abgasrohrs angeordnet sein, wobei zwischen dem Abgasrohr und den Leitflächen ein im Wesentlichen zylindrischer Ringraum gebildet sein kann, welcher an einer stromabwärtigen Stirnseite geschlossen ist. Dies ermöglicht eine besonders gute Durchmischung bei geringem Platzbedarf.
  • Die Aufbereitung des eingebrachten Additivs kann auf diese Weise mit äußerst geringen Druckverlusten erfolgen. Die Verdampfung und Thermolyse des Additivs ist bis zum Austritt aus dem Zyklon abgeschlossen. Durch den Zyklon erfolgt eine globale Durchmischung, so dass hohe Gleichförmigkeiten der Gasbestandteile erreicht werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. näher erläutert.
  • Es zeigen schematisch 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine, 2 eine Mischeinrichtung dieser Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, 3 diese Mischeinrichtung in einer Ansicht in Richtung der Zyklonachse, 4 eine Mischeinrichtung in einer zweiten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, 5 eine Mischeinrichtung in einer dritten Ausführungsvariante in einer Schrägansicht, 6 eine Mischeinrichtung in einer vierten Ausführungsvariante in einer Seitenansicht und 7 diese Mischeinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie VII-VII in 6.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit mehreren Zylindern 1a mit einem Abgasstrang 2, in welchem eine durch einen SCR-Katalysator gebildete Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 angeordnet ist. Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 ist eine Zumesseinrichtung 4 für ein Additiv, beispielsweise ein Harnstoff-Wasser-Gemisch, angeordnet. Die Einspritzdüse 4' der Zumesseinrichtung 4 ist im Bereich des Eintrittes 5a des Abgasstromes S in eine Mischeinrichtung 5 angeordnet, welche durch einen Zyklon 6 gebildet ist.
  • Die Mischeinrichtung 5 weist zumindest eine Heizvorrichtung 7 auf, welche eine Ablagerung von Additivtropfen an der Wand der Mischeinrichtung 5 verhindert.
  • Bei den in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsvarianten ist die Mischeinrichtung 5 durch einen Zyklon 6 mit tangential oder radial zuströmender Abgasströmung S gebildet. Der Zyklon 6 weist im Bereich seines Eintrittes 6c eine Strömungsleitfläche 8 für die Abgasströmung S auf, welche eine Prallplatte 8a für das eingebrachte Additiv bildet, wobei die Düse 4’ der Zumesseinrichtung 4 auf die Prallplatte 8a gerichtet ist. Die Prallplatte 8a bildet zugleich die Heizvorrichtung 7, welche beispielsweise durch Heizrippen 7a auf der Rückseite der Prallplatte 8a gebildet sein kann. Die Prallplatte 8a kann im Aufprallbereich auch gerippt ausgebildet sein und/oder eine Anzahl von parallel zur eintretenden Abgasströmung S gerichtete beheizbare Leitrippen ausbilden. Die Strömungsleitfläche 8 ist in den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen tangential zu einer konkav gekrümmten ersten Leitfläche 9 angeordnet, welche teilweise um ein Zentralrohr 10 um einen Winkel α von beispielsweise zumindest etwa 90°, beispielsweise 120° mit Abstand herumgeführt ist. Die erste Leitfläche 9 endet in einer ersten Ablösekante 11 für die Abgasströmung S. Der Zyklon 6 weist in den in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsvarianten eine konkav, vorzugsweise zylindrisch gekrümmte zweite Leitfläche 12 auf, welche etwa im Bereich der ersten Ablösekante 11 beginnt und sich um das Zentralrohr 10 um einen Winkel β von beispielsweise etwa 240 Grad erstreckt. Die zweite Leitfläche 12 endet in einer zweiten Ablösekante 13. Sowohl die erste Leitfläche 9, als auch die zweite Leitfläche 12 sind radial vom Zentralrohr 10 beabstandet, so dass zwischen dem Zentralrohr 10 und den ersten bzw. zweiten Leitflächen 9, 12 ein Ringraum 14 aufgespannt wird, wobei zumindest eine Stirnseite 14a, 14b des Ringraumes 14 im wesentlichen geschlossen sein kann. Der Beginn 12a der zweiten Leitfläche 12 ist dabei vom Zentralrohr 10 weiter beabstandet, als die erste Ablösekante 11. Der Zyklon 6 weist eine in den 2, 4 und 5 an der Unterseite liegende geschlossene erste Stirnseite 6a und eine in den 2, 4 und 5 an der Oberseite dargestellte offene zweite Stirnseite 6b auf. Das seitlich – in den 2 bis 4 tangential – in den Zyklon 6 eintretende Abgas strömt gemäß den Pfeilen S entlang der Prallplatte 8a und wird durch die Prallplatte 8a und die erste und zweite Leitfläche 9, 12 in den Ringraum 14 geleitet, wo eine Ringströmung mit hoher Geschwindigkeit ausgebildet wird. Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten im Zyklon 6 wird die Ringströmung axial umgelenkt, wodurch die Abgasströmung S den Zyklon 6 an der zweiten Stirnseite 6b verlässt. Über die Zumesseinrichtung 4 wird auf die Prallplatte 8a das Additiv – beispielsweise ein NH3-Wasser-Gemisch – eingebracht. Dabei tritt eine Zerstäubung durch Aufprall auf die Prallplatte 8a auf, wodurch es – bei entsprechender kinetischer und/oder thermischer Energie – zum Tropfenaufbruch kommt. Um zu verhindern, dass durch den Besprühvorgang die Prallplatte 8a zu stark abgekühlt wird und damit die Gefahr von Wandfilmbildung und Ablagerungen besteht, wird die Prallplatte 8a über die Heizvorrichtung 7 geheizt.
  • Der Zyklon 6 ermöglicht eine großflächige effiziente Gasvermischung bei geringem Druckverlust. Das Gemisch aus Abgas und Additiv wird über die Leitflächen 9 und 12 in den Ringraum 14 geleitet, wo eine intensive Vermischung stattfindet. Die ersten und die zweiten Ablösekanten 11, 13 bewirken, dass ein eventuell an den Leitflächen 9, 12 sich ausbildender Wandfilm in die Abgasströmung S eingebracht wird. Andererseits fördert die Einbringung der flüssigen Phase bzw. des hochkonzentrierten gasförmigen NH3 im Hauptstrom die Durchmischung, da eine Ausbreitung in alle Richtungen ermöglicht wird.
  • Durch das Zentralrohr 10 im Inneren des Zyklons 6 wird der Kanalquerschnitt des Ringraumes 14 reduziert. Damit wird eine schlechte Vermischung im Zentrum des Zyklons 6 vermieden. Das Zentralrohr 10 kann gegebenenfalls geringfügig durchströmt werden, um die Wandtemperatur des Zentralrohres 10 an die Abgastemperatur anzugleichen und somit eine Wandfilmbildung an der Außenseite des Zentralrohres 10 zu verhindern.
  • Die Aufbereitung des Additiv-Sprays erfolgt somit durch eine Kombination aus Vorverdampfung/Zerstäubung und anschließender Mischung im Zyklon 6. Die Einbringung des Additivs in den Zyklon 6 erfolgt über die Ablösekanten 11, 13, so dass die flüssige Phase bzw. das hochkonzentrierte gasförmige NH3 im Hauptstrom in den Zyklon 6 eingebracht wird und sich nach allen Seiten – und nicht von einer Wand behindert – durchmischen kann.
  • Auf diese Weise wird erreicht, dass die Verdampfung und die Thermolyse des Additivs bis zum Austritt aus der Mischeinrichtung 5 abgeschlossen ist. Durch den Zyklon 6 erfolgt eine globale Durchmischung, so dass eine hohe Gleichförmigkeit der Gasspezies erreicht werden kann.
  • 4 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der gesamte Abgasstrom S durch das Zentralrohr 10 geführt ist, wobei die Durchmischung beim Eintritt in das Zentralrohr 10 durch eine zusätzliche Strömungsumlenkung, welche durch die Pfeile S1 dargestellt ist, weiter verstärkt werden kann. Die axiale Erstreckung b des Zentralrohrs 10 ist dabei geringer, als die axiale Erstreckung a der ersten und zweiten Leitflächen 9, 12. Ein stromaufwärtiges erstes Ende des Zentralrohrs 10 ist mit 10a, ein stromabwärtiges zweites Ende des Zentralrohres mit 10b bezeichnet. Eine zweite Stirnseite 14b des Ringraum 14 ist im Bereich des zweiten Endes 10b des Zentralrohres 10 im Wesentlichen geschlossen. Im Bereich des ersten Endes 10a und der ersten Stirnseite 14a des Ringraumes 14 ist das Zentralrohr 10 kürzer ausgeführt als die Leitflächen 9, 12, wodurch ein ringförmiger Strömungsübertritt zwischen dem Ringraum 14 und dem Zentralrohr 10 entsteht. Das Abgas strömt gemäß den Pfeilen S entlang der Prallplatte 8 in den Zyklon 6 und wird entlang der ersten und zweiten Leitflächen 9, 12 ringförmig um das Zentralrohr 10 im Ringraum 14 geführt. Da der Ringraum 14 im Bereich der zweiten Stirnseite 14b geschlossen ist, strömt das Abgas gemäß den Pfeilen S1 im Bereich des ersten Endes 10a des Zentralrohres 10 in das Zentralrohr 10 und weiter in axialer Richtung innerhalb des Zentralrohres 10 zum zweiten Ende 10b, wo es den Zyklon 6 verlässt. Diese Ausführungsvariante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Zumesseinrichtung 4 für das Additiv nicht optimal positioniert werden kann. Dabei wird durch die zusätzliche Umlenkung trotzdem eine ausgezeichnete Durchmischung des Additivs mit dem Abgas erreicht.
  • In 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Prallplatte 8a nicht tangential, sondern radial bezüglich des Zyklons 6 angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Ablösekante 15 durch eine Stufe im Übergangsbereich zwischen der Prallplatte 8a und der ersten Leitfläche 9 ausgebildet, welche eine frühzeitige Ablösung eines Wandfilmes ermöglicht.
  • Die 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsvariante, bei der eine rein axiale Anströmung der Mischeinrichtung 5 erfolgt. Die Heizvorrichtung 7 wird dabei durch Umlenkflächen 16a, 16b ausbildende Strömungsleitflächen 8 des Zyklons 6 gebildet, welche tangential zu im Wesentlichen zylindrischen ersten und zweiten Leitflächen 17, 18 angeordnet sind und in diese übergehen. Die ersten und zweiten Leitflächen 17, 18 sind im Wesentlichen zylindersegmentartig geformt und erstrecken sich über einen Winkelbereich γ zwischen etwa 120°–170°, wobei zwischen der ersten Umlenkfläche 16a und der zweiten Leitfläche 18 ein erster Spalt 19, und zwischen der zweiten Umlenkfläche 16b und der ersten Leitfläche 17 ein zweiter Spalt 20 ausgebildet ist, welcher einen Strömungsübertritt zu einem Zentralraum 21 für die Abgasströmung S bildet. Die Zumessung der Additive erfolgt über die stromaufwärts der Mischeinrichtung 5 angeordnete Zumesseinrichtung 4. Das Abgas strömt in einem zwischen dem Abgasrohr 22 und den Leitflächen 17, 18 gebildeten im Wesentlichen zylindrischen Ringraum 23, welcher an seiner stromabwärtigen Stirnseite 24 geschlossen ist. Über die Umlenkflächen 16a, 16b wird das Abgas durch den ersten und den zweiten Spalt 19, 20 in den Zentralraum 21 geleitet, wobei der Abgasströmung S ein Drall aufgeprägt wird. Ein eventuell an den ersten und zweiten Leitflächen 17, 18 anhaftender Flüssigkeitsfilm wird an den Ablösekanten 17a, 18a der Leitflächen 17, 18 gelöst, wodurch Flüssigkeitsteilchen vom Abgasstrom S mitgerissen werden. Dadurch, dass die Umlenkflächen 16a, 16b zugleich die Funktion von Heizvorrichtungen 7 erfüllen, kann die Verdunstung und Thermolyse des Additivs wesentlich beschleunigt werden.
  • Der Abgasstrom verlässt den Zentralraum 21 in Axialrichtung und tritt axial aus dem Zyklon 6 entsprechend dem Pfeil S aus, um – vermischt mit Additiv – in den nachfolgenden SCR-Katalysator 3 einzutreten. Auch hier sind Verdampfung und Thermolyse des Additivs am Austritt des Zyklons 6 weitgehend abgeschlossen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2008/122724 A1 [0002]
    • WO 2008/024535 A2 [0008]
    • WO 2006/014129 A1 [0009]
    • EP 1748162 A1 [0010]
    • EP 1936137 A1 [0011]

Claims (14)

  1. Brennkraftmaschine (1) mit zumindest einem Abgasstrang (2), in welchem zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (3), insbesondere zumindest ein SCR-Katalysator (3a), angeordnet ist, wobei stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) in den Abgasstrom (S) eine Zumesseinrichtung (4) für ein insbesondere Ammoniak enthaltendes Additiv im Bereich einer Mischeinrichtung (5) zur Einbringung des Additivs in den Abgasstrom (S) einmündet, und die Mischeinrichtung (5) zumindest eine Heizvorrichtung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (7) durch zumindest eine Strömungsleitfläche (8) für den Abgasstrom (S) vor oder in der Mischeinrichtung (5) gebildet ist und die Strömungsleitfläche (8) in eine konkav gekrümmte erste Leitfläche (9) der Mischeinrichtung (5) übergeht, wobei die erste Leitfläche (9) an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest eine erste Ablösekante (11) ausbildet.
  2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung nacheinander zumindest zwei, vorzugsweise spiralförmig oder zylindrisch, konkav gekrümmte Leitflächen (9, 12) angeordnet sind, wobei vorzugsweise einander zugewandte Enden der Leitflächen (9, 12) in einer radialen Richtung so versetzt zueinander angeordnet sind, dass das Ende der stromaufwärtigen ersten Leitfläche (9) im Bereich der konkaven Seite der stromabwärtigen zweiten Leitfläche (12) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zweite Leitfläche in einer zweiten Ablösekante (13) endet.
  3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassdie Strömungsleitfläche (8) an ihrem stromabwärtigen Ende zumindest eine Strömungsablösekante (15) ausbildet.
  4. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Strömungsleitfläche ausgebildete Heizvorrichtung (7) eine Prallplatte (8a) für das eingebrachte Additiv ausbildet, wobei die Zumesseinrichtung (4) auf die Prallplatte (8a) gerichtet ist, wobei vorzugsweise auf der stromabgewandten Seite der Prallplatte (8a) Heizrippen (7a) angeordnet sind.
  5. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prallplatte (8a) im Bereich des Eintrittes (5a) des Abgasstromes (S) in die Mischeinrichtung (5) angeordnet ist.
  6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitfläche (8) im Wesentlichen parallel zueinander in Richtung des Abgasstromes (S) angeordnete, vorzugsweise beheizbare, Leitrippen aufweist.
  7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzugsweise die Prallplatte (8a) ausbildende Strömungsleitfläche (8) im wesentlichen parallel zum in die Mischeinrichtung (5) eintretenden Abgasstrom (S) angeordnet ist.
  8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitfläche (8) unter einem vorzugsweise spitzen Winkel (α) zum in die Mischeinrichtung (5) eintretenden Abgasstrom (S) geneigt angeordnet ist.
  9. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitfläche (8) und/oder die Prallplatte (8a) tangential in eine konkav gekrümmte erste Leitfläche (9) der Mischeinrichtung (5) übergeht.
  10. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (7) durch zwei Strömungsleitflächen (8), die Umlenkflächen (16a, 16b) ausbilden, gebildet ist, wobei die Umlenkflächen (16a, 16b) tangential zu im Wesentlichen zylindrischen ersten und zweiten Leitflächen (17, 18) angeordnet sind und in diese übergehen.
  11. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (5) als Zyklon (6) ausgebildet ist.
  12. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (5) ein Zentralrohr (10) aufweist, wobei die zumindest eine Leitfläche (9, 12) um das Zentralrohr (10) herum mit Abstand angeordnet sind, so dass zwischen dem Zentralrohr (10) und der Leitfläche (9,12) ein vom Abgas durchströmter Ringraum (14) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Stirnseite (14a, 14b) des Ringraumes (14) geschlossen ist.
  13. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentralrohr (10) ein stromaufwärtiges erstes Ende (10a) und ein stromabwärtiges zweites Ende (10b) aufweist, wobei das Zentralrohr (10) im Bereich des ersten Endes (10a) mit dem Ringraum (14) strömungsverbunden ist, und wobei vorzugsweise eine Stirnseite (14b) des Ringraum (14) im Bereich des zweiten Endes (10b) geschlossen ist.
  14. Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (5) innerhalb eines Abgasrohrs (22) angeordnet ist und zwischen dem Abgasrohr (22) und den Leitflächen (17, 18) ein im Wesentlichen zylindrischer Ringraum (23) gebildet ist, welcher an einer stromabwärtigen Stirnseite (24) geschlossen ist.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013211662A1 (de) * 2013-06-20 2014-12-24 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Mischereinrichtung
DE102014009015A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Daimler Ag Mischvorrichtung eines Abgasreinigungssystems einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
DE102016101055A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-27 Benteler Automobiltechnik Gmbh SCR-Abgasnachbehandlungsanordnung
WO2017151970A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 Watlow Electric Manufacturing Company Susceptor for use in a fluid flow system
WO2019185215A1 (de) * 2018-03-28 2019-10-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum bereitstellen eines ammoniak-aufweisenden abgasnachbehandlungsmittels, abgasnachbehandlungseinrichtung und verfahren
DE102019126578A1 (de) * 2019-10-02 2021-04-08 Denso Corporation Technik zur Homogenisierung von Abgasgemischen

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006014129A1 (en) 2004-08-06 2006-02-09 Scania Cv Ab (Publ) Arrangement for supplying a medium into an exhaust gas conduit in an internal combustion engine
EP1748162A1 (de) 2005-07-28 2007-01-31 Hitachi, Ltd. Abgasnachbehandlungssystem unter Verwendung von einer Harnstoff-Wasser-Lösung
WO2008024535A2 (en) 2006-08-23 2008-02-28 Universal Silencer, Llc. Exhaust aftertreatment system with spiral mixer
EP1936137A1 (de) 2006-12-12 2008-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine
WO2008122724A1 (fr) 2007-03-26 2008-10-16 Renault S.A.S Ligne d'echappement de moteur a combustion interne pourvue de moyens de reduction d'oxydes d'azote

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006014129A1 (en) 2004-08-06 2006-02-09 Scania Cv Ab (Publ) Arrangement for supplying a medium into an exhaust gas conduit in an internal combustion engine
EP1748162A1 (de) 2005-07-28 2007-01-31 Hitachi, Ltd. Abgasnachbehandlungssystem unter Verwendung von einer Harnstoff-Wasser-Lösung
WO2008024535A2 (en) 2006-08-23 2008-02-28 Universal Silencer, Llc. Exhaust aftertreatment system with spiral mixer
EP1936137A1 (de) 2006-12-12 2008-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Zumischen eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine
WO2008122724A1 (fr) 2007-03-26 2008-10-16 Renault S.A.S Ligne d'echappement de moteur a combustion interne pourvue de moyens de reduction d'oxydes d'azote

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013211662A1 (de) * 2013-06-20 2014-12-24 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Mischereinrichtung
DE102014009015A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Daimler Ag Mischvorrichtung eines Abgasreinigungssystems einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine
US10196957B2 (en) 2014-06-17 2019-02-05 Daimler Ag Mixing device of an exhaust gas purification system of a motor vehicle internal combustion engine
DE102016101055A1 (de) * 2016-01-21 2017-07-27 Benteler Automobiltechnik Gmbh SCR-Abgasnachbehandlungsanordnung
US10215074B2 (en) 2016-01-21 2019-02-26 Benteler Automobiltechnik Gmbh SCR exhaust aftertreatment device
WO2017151970A1 (en) * 2016-03-02 2017-09-08 Watlow Electric Manufacturing Company Susceptor for use in a fluid flow system
CN108884739A (zh) * 2016-03-02 2018-11-23 沃特洛电气制造公司 用于流体流动系统的感受器
US10470247B2 (en) 2016-03-02 2019-11-05 Watlow Electric Manufacturing Company Susceptor for use in a fluid flow system
US10815858B2 (en) 2016-03-02 2020-10-27 Watlow Electric Manufacturing Company Exhaust system with actuated flow bypass and thermal storage device
US10975750B2 (en) 2016-03-02 2021-04-13 Watlow Electric Manufacturing Company Heater-actuated flow bypass
WO2019185215A1 (de) * 2018-03-28 2019-10-03 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum bereitstellen eines ammoniak-aufweisenden abgasnachbehandlungsmittels, abgasnachbehandlungseinrichtung und verfahren
DE102019126578A1 (de) * 2019-10-02 2021-04-08 Denso Corporation Technik zur Homogenisierung von Abgasgemischen

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