DE102013111033B4 - Method and device for thermal management of a vehicle exhaust system - Google Patents
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Abstract
Verfahren für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (2), welche Abgasanlage ein Entkoppelelement (5', 5") mit einem flexiblen Leitungselement (5a) in Form eines Balgs und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement (5a) angeordneten Innenkomponente (5d) in Form eines Wickelschlauchs zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor (2) stammenden Abgasstroms (P2) aufweist, wobei der Abgasstrom (P2) durch die Innenkomponente (5d) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erwärmung des Abgasstroms (P2) ein vorgewärmtes gasförmiges Medium getrennt von dem Abgasstrom (P2) außerhalb der Innenkomponente (5d) über einen Zwischenraum (5e) zwischen dem flexiblen Leitungselement (5a) und der Innenkomponente (5d) durch das Entkoppelelement (5', 5") geleitet wird.Method for thermal management in an exhaust system (1) for a motor vehicle having an internal combustion engine (2), which exhaust system has a decoupling element (5 ', 5 ") with a flexible conduit element (5a) in the form of a bellows and with at least one in the flexible conduit element ( 5a) arranged inner component (5d) in the form of a winding tube for conducting a of the internal combustion engine (2) derived exhaust stream (P2), wherein the exhaust stream (P2) through the inner component (5d) is passed, characterized in that for the purpose of heating the exhaust gas stream (P2) a preheated gaseous medium separated from the exhaust gas flow (P2) outside the inner component (5d) via a gap (5e) between the flexible conduit member (5a) and the inner component (5d) through the decoupling element (5 ', 5 ") passed becomes.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for a thermal management in an exhaust system for a motor vehicle with internal combustion engine.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.Furthermore, the invention relates to a device for a thermal management in an exhaust system for a motor vehicle with an internal combustion engine.
Abgasanlagen der genannten Art weisen regelmäßig wenigstens ein Entkoppelelement (EKE) auf, welches ein flexibles Leitungselement und wenigstens eine in dem flexiblen Leitungselement angeordnete so genannte Innenkomponente aufweist. Das flexible Leitungselement ist vorzugsweise als (Metall-)Balg ausgebildet, während die genannte Innenkomponente regelmäßig als Wickelschlauch oder Liner ausgebildet ist. Die Innenkomponente dient zum Leiten eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors innerhalb des Entkoppelelements sowie zur Isolierung und Geräuschdämpfung.Exhaust systems of the type mentioned regularly have at least one decoupling element (EKE), which has a flexible conduit element and at least one so-called inner component arranged in the flexible conduit element. The flexible conduit member is preferably formed as a (metal) bellows, while said inner component is regularly formed as a winding tube or liner. The inner component serves to guide an exhaust gas flow of the internal combustion engine within the decoupling element as well as for insulation and noise damping.
In letzter Zeit nimmt das Thermomanagement in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs einen immer höheren Stellenwert ein. Dies ist nicht zuletzt durch immer strengere Abgasnormen (z. B. die Norm EU6) bedingt, welche es erforderlich machen, innerhalb des Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors zusätzliche Funktionselemente oder Einrichtungen zur Abgasreinigung vorzusehen, beispielsweise Katalysatoren, Partikelfilter oder dergleichen. Zur Minderung der Emission von Stickoxiden (NOx) kommt bei modernen Verbrennungsmotoren außerdem regelmäßig eine Abgasrückführung zum Einsatz, welche insbesondere bei Dieselmotoren eine der wichtigsten Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidemissionen darstellt. Hierbei wird ein Teil des Abgasstroms zum Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Speziell bei Dieselmotoren erfolgt die Entnahme dieses Teilstroms hinter dem Dieselpartikelfilter (DPF), da die Abgasrückführung über einen Verdichter erfolgt, der vor (Ruß-)Partikeln geschützt werden muss.Recently, the thermal management in the exhaust system of a motor vehicle is becoming increasingly important. This is not least due to ever stricter emission standards (eg the EU6 standard), which make it necessary to provide additional functional elements or devices for exhaust gas purification within the exhaust system of an internal combustion engine, for example catalysts, particle filters or the like. To reduce the emission of nitrogen oxides (NO x ) is also in modern internal combustion engines also regularly an exhaust gas recirculation used, which is one of the most important measures to reduce nitrogen oxide emissions, especially in diesel engines. In this case, part of the exhaust gas flow is returned to the combustion chamber of the internal combustion engine. Especially with diesel engines, the removal of this partial flow takes place behind the diesel particulate filter (DPF), since the exhaust gas recirculation takes place via a compressor, which must be protected against (soot) particles.
Insbesondere im Zusammenhang mit der Abgasrückführung sind aus dem Stand der Technik Lösungsansätze bekannt, bei denen die Abgasrückführleitung über ein separates, zusätzliches Entkoppelelement zum Verbrennungsmotor geführt ist. Solche Lösungsansätze sind nachteilig, weil regelmäßig nur sehr eingeschränkter Bauraum für derartige Abgasrückführleitungen zur Verfügung steht. Außerdem handelt es sich bei den genannten Rückführleitungen regelmäßig um Leitungen mit relativ dünnem Querschnitt, welche dann entsprechend in dem vorzusehenden Entkoppelelement einen relativ dünnen, langen Balg erforderlich machen. Eine Herstellung derartiger Balgelemente ist schwierig und entsprechend kostenaufwändig.In particular, in connection with the exhaust gas recirculation solution approaches are known from the prior art, in which the exhaust gas recirculation line is guided via a separate, additional decoupling element to the engine. Such approaches are disadvantageous because regularly only very limited space for such exhaust gas recirculation lines is available. In addition, the said return lines are regularly lines with a relatively thin cross section, which then make correspondingly in the decoupling element to be provided a relatively thin, long bellows required. A production of such bellows is difficult and correspondingly expensive.
Zudem wirken die aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückführleitungen in der Praxis wie ein Kühlelement, so dass sich das Abgas auf dem Rückweg zum Verdichter bzw. Verbrennungsraum stark abkühlt. Dies kann zu einer Versottung von Teilen der Abgasrückführung, insbesondere des Verdichters, und damit zu einer Beschädigung derselben führen.In addition, the known from the prior art exhaust gas recirculation lines act in practice as a cooling element, so that the exhaust gas cools strongly on the way back to the compressor or combustion chamber. This can lead to a sooting of parts of the exhaust gas recirculation, in particular of the compressor, and thus to damage of the same.
Darüber hinaus ergibt sich in Abgasanlagen moderner Kraftfahrzeuge im Zuge der weiter oben angesprochenen Abgasproblematik die besondere Schwierigkeit, dass im Abgasstrang angeordnete Einrichtungen zur Abgasreinigung, wie die bereits erwähnten Katalysatoren und Dieselpartikelfilter, eine hinreichend hohe Abgastemperatur benötigen, um ihre Reinigungswirkung optimal erfüllen zu können. Insbesondere beim Kaltstart eines Kraftfahrzeugs und/oder bei Kraftfahrzeugen, die mit einer Start-Stopp-Automatik ausgestattet sind, ist es deshalb nach dem Stand der Technik oftmals erforderlich, dass Abgas mittels einer zusätzlichen Heizeinrichtung vorzuwärmen bzw. aufzuheizen, um die einschlägigen Abgasnormen dauerhaft erfüllen zu können.In addition, results in exhaust systems of modern motor vehicles in the above-mentioned exhaust problem, the particular difficulty that arranged in the exhaust system facilities for exhaust gas purification, such as the aforementioned catalysts and diesel particulate filter, a sufficiently high exhaust gas temperature need to meet their cleaning effect optimally. In particular, during the cold start of a motor vehicle and / or motor vehicles, which are equipped with an automatic start-stop, it is therefore often required in the prior art, preheat or heat the exhaust gas by means of an additional heater to meet the relevant emission standards permanently to be able to.
In der
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Die
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein effizientes Thermomanagement einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor zu sorgen, so dass unter Vermeidung zusätzlicher, kostenaufwändiger Bauteile bei möglichst effizienter Nutzung des vorhandenen, knappen Bauraums die Möglichkeit besteht, im Abgasstrang vorgesehene Abgasreinigungseinrichtungen möglichst effizient zur Erfüllung bestehender Abgasnormen zu betreiben und gleichzeitig einer Beschädigung von Einrichtungen der Abgasanlage, insbesondere des Verdichters, vorzubeugen und entgegenzuwirken.The invention is therefore based on the object to provide an efficient thermal management of an exhaust system for a motor vehicle with an internal combustion engine, so that while avoiding additional, costly components with the most efficient use of existing, scarce space, the possibility exists in the exhaust system provided exhaust gas cleaning facilities as efficiently as possible To comply with existing emission standards and at the same time to prevent damage to equipment of the exhaust system, in particular the compressor, and counteract.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.These objects are achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, welche Abgasanlage ein Entkoppelelement mit einem flexiblen Leitungselement in Form eines Balgs und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement angeordneten Innenkomponente in Form eines Wickelschlauchs zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor stammenden Abgasstroms aufweist, wobei der Abgasstroms durch die Innenkomponente geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erwärmung des Abgasstroms ein vorgewärmtes gasförmiges Medium getrennt von dem Abgasstrom außerhalb der Innenkomponente über einen Zwischenraum zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente durch das Entkoppelelement geleitet wird, wobei vorzugsweise als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors und/oder mittels einer optionalen Heizeinrichtung vorgewärmtes gasförmiges Medium verwendet wird. According to the invention, a method for thermal management in an exhaust system for a motor vehicle with an internal combustion engine, which exhaust system is a decoupling element with a flexible conduit element in the form of a bellows and with at least one arranged in the flexible conduit member inner component in the form of a winding tube for conducting an originating from the engine exhaust stream wherein the exhaust gas flow is passed through the inner component, characterized in that for the purpose of heating the exhaust gas flow, a preheated gaseous medium separated from the exhaust gas flow outside the inner component via a gap between the flexible conduit member and the inner component is passed through the decoupling element, preferably as preheated gaseous medium hot exhaust gas of the internal combustion engine and / or by means of an optional heater preheated gaseous medium is used.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, welche Abgasanlage ein Entkoppelelement mit einem flexiblen Leitungselement, vorzugsweise Balg, und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement angeordneten Innenkomponente, vorzugsweise Wickelschlauch, zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor stammenden Abgasstroms aufweist, wobei das flexible Leitungselement ein Balg und die Innenkomponente ein Wickelschlauch ist, ist gekennzeichnet durch eine Leitungseinrichtung zum Leiten eines Teils des Abgasstroms getrennt von dem Abgasstrom durch das Entkoppelelement, wobei die Leitungseinrichtung einen Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements umfasst und zumindest teilweise als ein weiterer Wickelschlauch ausgebildet ist.An inventive device for thermal management in an exhaust system for a motor vehicle with an internal combustion engine, which exhaust system comprises a decoupling element with a flexible conduit element, preferably bellows, and with at least one arranged in the flexible conduit member inner component, preferably winding tube, for conducting an originating from the engine exhaust stream , wherein the flexible conduit member is a bellows and the inner component is a winding tube, is characterized by a conduit means for directing a portion of the exhaust stream separated from the exhaust stream by the decoupling element, the conduit means comprising and at least a portion between the flexible conduit member and the inner component of the decoupling member is partially formed as another winding tube.
Es ist demnach erfindungsgemäß beabsichtigt, eine Leitungseinrichtung zum Leiten eines Teils des Abgasstroms und eines vorzugsweise vorgewärmten gasförmigen Mediums getrennt von dem Abgasstrom durch das Entkoppelelement vorzusehen.It is therefore intended according to the invention to provide a conduit means for directing a portion of the exhaust stream and a preferably preheated gaseous medium separate from the exhaust stream through the decoupling element.
Es ist also vorgesehen, das regelmäßig in dem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Entkoppelelement zusätzlich entweder zur Abgasrückführung und/oder zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums zur Erwärmung des Abgasstroms zu nutzen. Auf diese Weise kann einerseits auf ein zusätzliches Entkoppelelement für die Abgasrückführung vollständig verzichtet werden, was sich im Hinblick auf die Kosten und die Bauraumnutzung positiv auswirkt. Aufgrund der Tatsache, dass das Entkoppelelement, welches in erster Linie zum Durchleiten des heißen Abgasstroms dient, für die Abgasrückführung mitverwendet wird, kann darüber hinaus einer zu starken Abkühlung des rückgeführten Abgases entgegengewirkt und die angesprochene Versottungsproblematik wirksam vermieden werden. Durch die weiterhin vorhandene Möglichkeit, den Abgasstrom mittels der Durchleitung eines vorgewärmten gasförmigen Mediums (Vorwärm-Medium) durch das Entkoppelelement zu erwärmen, lässt sich außerdem sicherstellen, dass die angesprochenen Einrichtungen zur Abgasreinigung optimal effizient arbeiten können. Alle diese Vorteile ergeben sich in synergetischer Weise aufgrund der vorgeschlagenen Mehrfachnutzung des in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor regelmäßig vorhandenen Entkoppelelements.It is therefore intended to additionally use the decoupling element provided regularly in the exhaust gas system of a motor vehicle either for exhaust gas recirculation and / or for passing a gaseous medium for heating the exhaust gas flow. In this way, on the one hand to an additional decoupling for the Exhaust gas recirculation are completely eliminated, which has a positive effect in terms of cost and space utilization. Due to the fact that the decoupling element, which serves primarily for passing the hot exhaust gas flow, is also used for the exhaust gas recirculation, excessive cooling of the recirculated exhaust gas can be counteracted and the aforementioned problem of sooting can be effectively avoided. Due to the continued possibility of heating the exhaust gas stream by means of the passage of a preheated gaseous medium (preheating medium) through the decoupling element, it is also possible to ensure that the abovementioned exhaust gas purification devices can operate optimally efficiently. All these advantages arise in synergetic manner due to the proposed multiple use of the exhaust system of a motor vehicle with internal combustion engine regularly present decoupling element.
Zwecks Abgasrückführung zu einer stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, vorzugsweise zu einem Brennraum des Verbrennungsmotors, höchst vorzugsweise über einen Abgaskühler und/oder einen Verdichter, kann in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Teil des Abgasstroms stromabwärts des Entkoppelelements abgezweigt und getrennt von dem Abgasstrom außerhalb der Innenkomponente über einen Zwischenraum zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente durch das Entkoppelelement zu der genannten Einrichtung rückgeführt werden.For the purpose of exhaust gas recirculation to a device arranged upstream of the decoupling element, preferably to a combustion chamber of the internal combustion engine, most preferably via an exhaust gas cooler and / or a compressor, in a further development of the method according to the invention, a part of the exhaust gas stream is branched off downstream of the decoupling element and separated from the exhaust gas flow outside the inner component be recirculated through a gap between the flexible conduit member and the inner component by the decoupling element to said device.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Abgasrückführung und/oder die Durchleitung des Vorwärm-Mediums in einem Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements erfolgt.The inventive method provides that the exhaust gas recirculation and / or the passage of the preheating medium takes place in a region between the flexible conduit element and the inner component of the decoupling element.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass die Leitungseinrichtung einen freien Bereich zwischen dem radial außen angeordneten flexiblen Leitungselement und der radial weiter innen angeordneten Innenkomponente des Entkoppelelements umfasst, durch welchen Bereich entsprechend der rückgeführte Teil-Abgasstrom und/oder das gasförmige Medium geleitet wird.The device according to the invention is accordingly characterized in that the conduit means comprises a free region between the radially outer flexible conduit element and the radially inner component of the decoupling element, through which region the recirculated partial exhaust gas flow and / or the gaseous medium are conducted ,
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Abgasrückführung und/oder die Durchleitung des Vorwärm-Mediums über wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements erfolgt. Diese zusätzliche Leitungsstrecke ist vorzugsweise zumindest teilweise flexibel ausgebildet und kann in diesem Zusammenhang einen Wickelschlauch, einen (Metall-)Balg und/oder ein Rohrleitungselement (Flammrohr) umfassen.An advantageous development of the method according to the invention provides that the exhaust gas recirculation and / or the passage of the preheating medium takes place via at least one additional line section within the decoupling element. This additional line route is preferably formed at least partially flexible and may in this context comprise a winding tube, a (metal) bellows and / or a pipe element (flame tube).
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitungseinrichtung wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke für den Teil-Abgasstrom und/oder das Vorwärm-Medium umfasst.A corresponding development of the device according to the invention is characterized in that the line device comprises at least one additional line route for the partial exhaust gas flow and / or the preheating medium.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Leitungsstrecke einen von der Innenkomponente des Entkoppelelements verschiedenen Querschnitt weist. Vorzugsweise ist der Querschnitt der zusätzlichen Leitungsstrecke kleiner als der Querschnitt der Innenkomponente.It can be provided that the additional line section has a different from the inner component of the decoupling element cross-section. Preferably, the cross section of the additional line path is smaller than the cross section of the inner component.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Durchleitung des Vorwärm-Mediums in Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement erfolgt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Durchleitung des genannten Mediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement erfolgt.Yet another development of the method according to the invention provides that the passage of the preheating medium takes place in the flow direction of the exhaust gas flow through the decoupling element. Alternatively, however, it can also be provided that the passage of said medium opposite to the flow direction of the exhaust gas flow takes place through the decoupling element.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung für eine Durchleitung des Vorwärm-Mediums in Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement oder - alternativ - für eine Durchleitung des Vorwärm-Mediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung durch das Entkoppelelement ausgebildet ist.A corresponding development of the device according to the invention provides that the conduit means for a passage of the preheating medium in the flow direction of the exhaust gas flow through the decoupling element or - alternatively - is designed for a passage of the preheating medium opposite to the flow direction through the decoupling element.
Im Zuge einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinrichtung mit einer Abgasklappe oder dergleichen zusammenwirkt, um einen Teil des Abgasstroms durch das Entkoppelelement zurückzuleiten. Eine solche Abgasklappe oder eine vergleichbare Einrichtung ist vorteilhafterweise stromabwärts des Entkoppelelements im Abgasstrom angeordnet und kann dafür sorgen, dass selektiv ein Teil des Abgasstroms durch das Entkoppelelement zum Verbrennungsmotor zurückgeleitet wird. Dabei kann erfindungsgemäß die Abgasrückleitung oder -Rückführung entweder durch einen freien Bereich zwischen Innenkomponente und flexiblem Leitungselement des Entkoppelelements erfolgen, oder über eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements, worauf bereits ausführlich hingewiesen wurde.In the course of another development of the device according to the invention can be provided that the conduit means cooperates with an exhaust valve or the like to return a portion of the exhaust gas flow through the decoupling element. Such an exhaust flap or a comparable device is advantageously arranged downstream of the decoupling element in the exhaust gas stream and can ensure that a part of the exhaust gas flow is selectively returned to the internal combustion engine through the decoupling element. In this case, according to the invention, the exhaust gas recirculation or recirculation can take place either through a free region between inner component and flexible conduit element of the decoupling element, or via an additional line route within the decoupling element, as has already been pointed out in detail.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung in Wirkverbindung mit einer stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, vorzugsweise einem Brennraum des Verbrennungsmotors, steht. Höchst vorzugsweise besteht die genannte Wirkverbindung über einen Abgaskühler und/oder einen Verdichter (Kompressor). Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinrichtung in Wirkverbindung mit einer separaten Heizeinrichtung zum Vorwärmen des gasförmigen Mediums steht.Yet another development of the device according to the invention provides that the line device is in operative connection with a device arranged upstream of the decoupling element, preferably a combustion chamber of the internal combustion engine. Most preferably, said active compound is a Exhaust gas cooler and / or a compressor (compressor). Additionally or alternatively, it can be provided that the conduit device is in operative connection with a separate heating device for preheating the gaseous medium.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass das Entkoppelelement einen runden Querschnitt aufweist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Entkoppelelement einen etwa ovalen Querschnitt aufweist. Speziell in letzterem Fall kann - ohne Beschränkung - vorgesehen sein, dass die zusätzliche Leitungsstrecke, sofern vorhanden, parallel zu der Innenkomponente durch das Entkoppelelement geführt ist.It can also be provided that the decoupling element has a round cross-section. Alternatively, it can also be provided that the decoupling element has an approximately oval cross-section. Especially in the latter case it can be provided, without limitation, that the additional line route, if present, is guided parallel to the inner component by the decoupling element.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung für den Teil-Abgasstrom, welcher zum Verbrennungsmotor zurückgeführt wird, und für das Vorwärm-Medium getrennte Strömungsführungen aufweist. Beispielsweise können sowohl für den Teil-Abgasstrom als auch für das Medium getrennte zusätzliche Leitungsstrecken vorgesehen sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, den Teil-Abgasstrom oder das Medium über eine zusätzliche Leitungsstrecke zu führen, während der jeweils andere Strom (Teil-Abgasstrom oder Medium) über den freien Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements geführt wird. Des Weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, den Teil-Abgasstrom und das Medium alternierend über eine einzige Strömungsführung zu führen. Diese Strömungsführung kann dann entweder über den freien Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements oder durch eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements realisiert sein.Yet another development of the device according to the invention provides that the line device for the partial exhaust gas flow, which is returned to the internal combustion engine, and for the preheating medium has separate flow guides. For example, separate additional line sections can be provided both for the partial exhaust gas flow as well as for the medium. Alternatively, however, it is also possible to lead the partial exhaust gas stream or the medium over an additional line route, while the respective other stream (partial exhaust gas stream or medium) is guided over the free region between the flexible line element and inner component of the decoupling element. Furthermore, it is of course also possible to guide the partial exhaust gas flow and the medium alternately via a single flow guide. This flow guidance can then be realized either over the free region between the flexible conduit element and the inner component of the decoupling element or through an additional conduit route within the decoupling element.
Noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das flexible Leitungselement eingangsseitig und/oder ausgangsseitig mit einem Lochblech versehen ist, welches Lochblech wenigstens zwei Löcher aufweist. Auf diese Weise können weitere Leitungselemente der Abgasanlage, insbesondere starre Rohrleitungselemente, in fluidtechnischer Wirkverbindung an das Entkoppelelement angeschlossen werden. Je nach sonstiger Ausgestaltung der Vorrichtung steht eines der beiden Löcher in fluidtechnischer Wirkverbindung mit der Innenkomponente des Entkoppelelements. Das andere der beiden Löcher steht entsprechend in fluidtechnischer Wirkverbindung mit dem freien Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements oder mit der angesprochenen zusätzlichen Leitungsstrecke, sofern vorhanden. Selbstverständlich kann das genannte Lochblech auch mehr als zwei Löcher aufweisen, wenn beispielsweise die Abgasrückführung über den genannten Zwischenraum zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente erfolgt und wenn zusätzlich für die Durchleitung des Vorwärm-Mediums eine zusätzliche Leitungsstrecke vorhanden ist.Yet another development of the device according to the invention provides that the flexible conduit element is provided on the input side and / or output side with a perforated plate, which perforated plate has at least two holes. In this way, further line elements of the exhaust system, in particular rigid pipe elements, can be connected in fluidic operative connection to the decoupling element. Depending on the other configuration of the device, one of the two holes is in fluidic operative connection with the inner component of the decoupling element. The other of the two holes is correspondingly in fluidic operative connection with the free area between the flexible conduit element and the inner component of the decoupling element or with the mentioned additional conduit route, if present. Of course, said perforated plate may also have more than two holes, for example, if the exhaust gas recirculation over said space between the flexible conduit member and inner component and if in addition for the passage of the preheating medium, an additional line route is present.
Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt: Beispielsweise können sowohl für die Abgasrückführung als auch für das Vorwärm-Medium jeweils zusätzliche Leitungsstrecken vorhanden sein, welche mit entsprechenden Löchern des Lochblechs korrespondieren. Des Weiteren ist es auch möglich, das Vorwärm-Medium über den Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements zu führen, während die Abgasrückführung über eine zusätzliche Leitungsstrecke erfolgt.However, the invention is by no means limited to such a configuration: For example, each additional line sections may be present for both the exhaust gas recirculation and for the preheating medium, which correspond with corresponding holes of the perforated plate. Furthermore, it is also possible to guide the preheating medium over the region between the flexible line element and the inner component of the decoupling element, while the exhaust gas recirculation takes place via an additional line route.
Das Anschließen der genannten weiteren Leitungselemente an das Lochblech kann beispielsweise durch stoffschlüssige Anbindung, vorzugsweise Schweißen, erfolgen.The connection of said further line elements to the perforated plate can be done for example by material connection, preferably welding.
Um thermische Spannungen zu vermeiden, sieht eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass zwischen dem Entkoppelelement und der stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, insbesondere dem Abgaskühler, ein thermischer Dehnkörper angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der genannten Stelle auf einen Dehnkörper vollständig verzichtet werden kann, weil sämtliche thermische Spannungen durch das Entkoppelelement aufgenommen bzw. abgebaut werden.In order to avoid thermal stresses, another development of the device according to the invention provides that a thermal expansion element is arranged between the decoupling element and the device arranged upstream of the decoupling element, in particular the exhaust gas cooler. However, it is also possible that due to the device according to the invention at the said point to a stretching body can be completely dispensed with, because all thermal stresses are absorbed or reduced by the decoupling element.
Um zu vermeiden, dass die Innenkomponente des Entkoppelelements und eine gegebenenfalls vorhandene zusätzliche Leitungsstrecke im Betrieb des Kraftfahrzeugs aufgrund von Schwingungen oder sonstigen Bewegungen gegeneinanderschlagen, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass zwischen der Innenkomponente und der zusätzlichen Leitungsstrecke wenigstens ein Abstützelement angeordnet ist. Dieses Abstützelement kann beispielsweise aus Drahtgestrickematerial oder dergleichen bestehen, wobei entscheidend ist, dass das verwendete Material der gegebenen thermischen Belastung Stand hält. Vorzugsweise kann ein solches Abstützelement Acht-förmig, ringförmig oder in Form eines Ringsegments ausgebildet sein. Im Falle einer Acht-förmigen Ausgestaltung umgibt das Abstützelement vorteilhafterweise sowohl die Innenkomponente als auch die zusätzliche Leitungsstrecke umfänglich. Im Falle einer ringförmigen Ausgestaltung kann das Abstützelement um die Innenkomponente und/oder um die zusätzliche Leitungsstrecke herum angeordnet sein, insbesondere auch alternierend.In order to avoid that the inner component of the decoupling element and an optionally existing additional line run against each other in operation of the motor vehicle due to vibrations or other movements, provides a particularly advantageous development of the device according to the invention that between the inner component and the additional line route at least one support element is arranged , This support element may for example consist of wire mesh material or the like, wherein it is crucial that the material used withstands the given thermal load. Preferably, such a support element may be formed in an eight-shaped, annular or in the form of a ring segment. In the case of an eight-shaped configuration, the support element advantageously surrounds both the inner component and the additional line section circumferentially. In the case of an annular configuration, the support element can be arranged around the inner component and / or around the additional line section, in particular also alternately.
Zwischen dem Entkoppelelement und dem Verbrennungsmotor kann die Abgasrückführung im Rahmen der vorliegenden Erfindung über ein starres Rohrleitungselement erfolgen. In the context of the present invention, the exhaust gas recirculation can take place via a rigid pipe element between the decoupling element and the internal combustion engine.
Obwohl strömungstechnisch das Vorhandensein einer zusätzlichen Leitungsstrecke des Entkoppelelements vorteilhaft sein kann, ist insbesondere aufgrund der vorgesehenen Abgasklappe bei Nutzung des Zwischenraums zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements für die Abgasrückführung aufgrund der verringerten Strömung des Abgases innerhalb der Innenkomponenente mit keiner oder nur mit sehr geringer Gegenströmung/Verwirbelung in dem genannten Zwischenraum und entsprechendem Druckverlust zu rechnen, so dass sich der genannte Zwischenraum für die Abgasrückführung (oder alternativ für die Durchleitung des Vorwärm-Mediums) auch entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Abgasstroms in jedem Falle eignet.Although the presence of an additional line section of the decoupling element can be advantageous in terms of flow, in particular due to the provided exhaust flap when using the intermediate space between flexible line element and inner component of the decoupling element for the exhaust gas recirculation due to the reduced flow of the exhaust gas within the Innenkomponenente with little or no counterflow / Verwirbelung in said space and corresponding pressure loss to be expected, so that said space for the exhaust gas recirculation (or alternatively for the passage of the preheating medium) is also opposite to the flow direction of the exhaust gas flow in each case.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, dass innerhalb eines im Querschnitt ovalen Entkoppelelements zwingend zwei Innenliner oder Innenkomponenten (Wickelschläuche) zum Einsatz kommen müssen. Auch innerhalb eines ovalen Entkoppelelements ist es möglich, insbesondere die Abgasrückführung und/oder das Vorwärm-Medium über den Zwischenraum zwischen Innenkomponente und flexiblem Leitungselement zu führen.Of course, the present invention is not limited to the fact that inside a cross-sectionally oval Entkoppelelements mandatory two inner liner or inner components (coiled tubing) must be used. Even within an oval decoupling element, it is possible, in particular to guide the exhaust gas recirculation and / or the preheating medium over the intermediate space between the inner component and the flexible conduit element.
Des Weiteren ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, dass es sich bei dem Vorwärm-Medium um ein separates Medium handelt, welches mittels einer separaten Heizeinrichtung vorgewärmt wird. Wie der Fachmann leicht erkennt, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors zu verwenden, insbesondere bevor dieses Abgasreinigungseinrichtungen der Abgasanlage durchströmt und sich entsprechend abgekühlt hat.Furthermore, it is not necessary in the context of the present invention for the preheating medium to be a separate medium which is preheated by means of a separate heating device. As the skilled artisan easily recognizes, it is within the scope of the present invention to use as the preheated gaseous medium hot exhaust gas of the internal combustion engine, in particular before this exhaust gas purification devices of the exhaust system flows through and has cooled down accordingly.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist in dem oder im Anschluss an das Entkoppelelement ein Filterelement zur Filterung eines rückgeleiteten Abgasteilstroms angeordnet, welches in Kontakt mit der Leitungseinrichtung steht. Hierdurch können Ruß und im rückgeführten Abgasstrom mitgeschleppte metallische und keramische Partikel gefiltert und so Schäden an motorseitigen Teilen wie Abgaskühler, Verdichter und letztlich dem Verbrennungsmotor verhindert werden.In another embodiment of the invention, a filter element for filtering a recirculated exhaust gas partial flow is arranged in or following the decoupling element, which is in contact with the conduit means. In this way, soot and metallic and ceramic particles entrained in the recirculated exhaust gas flow can be filtered and thus damage to engine-side parts such as exhaust gas cooler, compressor and ultimately the internal combustion engine can be prevented.
Vorzugsweise ist das Filterelement derart ausgebildet, dass es Partikel ab einer Größe von zumindest 200 µm aus dem rückgeführten Abgasteilstrom filtert.Preferably, the filter element is designed such that it filters particles from a size of at least 200 microns from the recirculated exhaust gas partial stream.
Das Filterelement kann innerhalb des Entkoppelelements vor einem Auslass für einen zurückgeleiteten Abgasteilstrom angeordnet werden. Auf diese Weise können auch Fertigungsrückstände, die möglicherweise in dem flexiblen Leitungselement selbst vorhanden und dort technisch nicht oder nur schwierig entfernbar sind, herausgefiltert werden, so dass verhindert wird, dass diese in eine motorseitige Abgasrückführleitung gelangen.The filter element can be arranged within the decoupling element in front of an outlet for a recirculated partial exhaust gas stream. In this way, production residues, which may be present in the flexible conduit element and there are technically difficult or impossible to remove, are filtered out, so that it is prevented that they get into a motor-side exhaust gas recirculation line.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vor oder nach dem Entkoppelelement, insbesondere zwischen dem Entkoppelelement und mindestens einer stromabwärtigen Abgasreinigungseinrichtung, eine doppelwandige Rohrleitung mit einem inneren Rohr und einem koaxial um das innere Rohr liegenden äußeren Rohr vorgesehen sein, wobei das innere Rohr mit der Innenkomponente und ein Ringspalt zwischen den beiden Rohren mit der genannten Leitungseinrichtung (
Darüber hinaus kann in einem oder in beiden der koaxialen Rohre der doppelwandigen Rohrleitung ein Dehnungselement zur Kompensation thermischer Längenänderungen vorgesehen sein.In addition, an expansion element for compensating thermal changes in length can be provided in one or in both of the coaxial tubes of the double-walled pipe.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
-
1 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbildes eine Abgasanlage gemäß dem Stand der Technik; -
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; -
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
4 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsformim Wesentlichen gemäß 2 ; -
5 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsformim Wesentlichen gemäß 2 ; -
6 zeigt einen Querschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform; -
7 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch dieAusführungsform gemäß 6 ; -
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittzeichnung und -
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ovalen Entkoppelelements mit integrierter Abgasrückführung.
-
1 schematically shows a block diagram of an exhaust system according to the prior art; -
2 shows a device according to the invention according to an embodiment; -
3 shows a device according to the invention according to a further embodiment; -
4 shows a cross section through an embodiment of the invention substantially according to2 ; -
5 shows a partial longitudinal section through an embodiment of the invention substantially according to2 ; -
6 shows a cross section through another embodiment of the invention; -
7 shows a partial longitudinal section through the embodiment according to6 ; -
8th shows a further embodiment of the invention in a schematic sectional drawing and -
9 shows an embodiment of an oval decoupling element with integrated exhaust gas recirculation.
Gemäß Pfeil
Der Teil-Abgasstrom
Neben der bereits angesprochenen, in nachteiliger Weise aufwändigen Ausgestaltung der Abgasanlage
Die nachfolgenden Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder gleichwirkende Elemente bezeichnen.The following figures show preferred embodiments of the invention, wherein like reference numerals designate the same or equivalent elements.
In
Das Entkoppelelement
Wesentlich ist nun, dass beim Gegenstand der
Optional kann bei der Ausgestaltung gemäß
Stromaufwärts und stromabwärts des Entkoppelelements
Die Rückführung des Teil-Abgasstroms zwischen dem Entkoppelelement
Es ist nicht erforderlich, für die Strömungsführung innerhalb des Entkoppelelements
Schließlich ist in
Die Heizeinrichtung
Bezugszeichen
Wie anhand von
Die Zu- und Ausleitung der betreffenden Gasströme erfolgt beim Entkoppelelement
Wie man insbesondere der
Schließlich zeigt
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung ist in
An oder hinter dem Dieselpartikelfilter
Das Entkoppelelement
Die Rückführung des Abgasteilstroms
Die koaxialen Rohre
An der gegenüberliegenden Seite endet der Metallbalg
Das Filterelement
Anstelle eines seitlichen Auslasses
Alternativ kann das Entkoppelelement auch wie in den
Anschlussborde
Das Anschlussbord
In dem Zwischenraum
Schematisch angedeutet ist in
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