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Die Erfindung betrifft ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Arbeitsfahrzeugs, einer Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Ableiten und Nachbehandeln des Abgasstroms der Verbrennungskraftmaschine und einem Luftleitelement zur Kühlung zumindest einer Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Die aktuelle Gesetzgebung bezüglich der Einhaltung von Schadstoffgrenzwerten bei landwirtschaftlichen Maschinen, die sich derzeit in den USA als „final Tier 4“ und in Europa als „Stufe IV“ manifestiert, hat bei der motorseitigen Umsetzung zu höheren Abgastemperaturen geführt. Diese sind erforderlich geworden, da nur unter der Bedingung einer erhöhten Abgastemperatur die Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche regelmäßig ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter oder ein SCR-Katalysator sein kann, wirksam werden können. Höhere Abgastemperaturen führen aber gleichzeitig zu höheren Temperaturen der einzelnen Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung einschließlich ihrer Oberflächen. Hieraus ergibt sich die Anforderung Maßnahmen zu treffen, die unmittelbar in der Nähe von Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung befindlichen Bereiche gegen die erhöhte Wärmeabstrahlung zu schützen. Insbesondere Sensoren und Kabel sind vor einem erhöhten Wärmeeintrag zu schützen. Aber auch sich stärker erwärmende Oberflächen sind vor einem unbeabsichtigten Zugriff durch eine Bedienperson zu schützen, um Verletzung in Form von Verbrennungen vorzubeugen.
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Bekannte Lösungen für das oben beschriebene Problem bedienen sich einer oder mehrerer Venturi-Düsen im Verlauf des Abgasrohrs oder der Abluft, die durch den Ventilator des Motorkühlsystems erzeugt wurde. Während der Einsatz von Venturi-Düsen zu Lasten des Abgasgegendrucks geht, führt die Verwendung der Kühlabluft zu ein weiteren parasitären Last für den Ventilator, da die Abluft in Richtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung kanalisiert werden muss und nicht möglichst widerstandsfrei an die Umgebung abgegeben werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die beschriebenen Unzulänglichkeiten zumindest teilweise zu beseitigen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Arbeitsfahrzeugs, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Ableiten und Nachbehandeln des Abgasstroms der Verbrennungskraftmaschine und ein Luftleitelement zur Kühlung zumindest einer Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei das Luftleitelement gegenüber der zumindest einen Komponente einen doppelflutigen Luftleitkanal ausbildet.
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Durch das erfindungsgemäße Luftleitelement wird ein als Kamineffekt zu bezeichnender Kühlluftstrom in Gang gesetzt. Hierbei wird eine frei verfügbare Energiequelle genutzt, die sich aus der Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der Umgebungsluft speist. Neben der unmittelbaren Isolierung der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Luftleitelement, wird durch aktive Kühlung die Oberfläche des Luftleitelements weiter gekühlt. Schließlich wird aber die Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung an sich nicht oder nicht derart stark gekühlt, dass eine Funktionsbeeinträchtigung der Abgasnachbehandlung eintreten könnte. Unter doppelflutig soll im Kontext dieser Anmeldung eine Anordnung verstanden werden, die zwei Luftleitkanäle oder entsprechende zwei Abschnitte zur Luftleitung umfasst, wobei die Strömungsrichtung der Kühlluft in beiden Kanälen oder Abschnitten sowohl in die gleiche Richtung als auch in entgegengesetzte Richtungen zueinander verlaufen kann. Im Fall der entgegengesetzten Richtungen verläuft somit in dem einem Kanal oder Abschnitt die Strömungsrichtung entgegengesetzt zu dem Abgasströmungsrichtung und in dem anderen Kanal oder Abschnitt in Richtung der Abgasströmungsrichtung.
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Bevorzugt ist das Luftleitelement parallel zu einer Richtung des Abgasstroms ausgerichtet. Hierdurch ist gewährleistet, dass das Luftleitelement und die Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung über einen möglichst großen Abschnitt aneinander grenzen.
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Bevorzugt weist das Luftleitelement an einem bezogen auf die Richtung des Abgasstroms stromabwärts angeordneten Endbereich des Luftleitelements eine Zuführöffnung für Frischluft auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Frischluft beispielsweise bei einer vertikal nach oben gerichteten Abgasströmungsrichtung in einem erhöhten Bereich angesaugt wird.
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Bevorzugt weist das Luftleitelement an einem bezogen auf die Richtung des Abgasstroms stromabwärts angeordneten Endbereich des Luftleitelements eine Auslassöffnung auf. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Kühlluft das Luftleitelement verlässt, nachdem es mittelbar durch den Abgasstrom maximal erwärmt wurde.
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Bevorzugt weist der Luftleitkanal zwei parallel zueinander verlaufende Leitkanalabschnitte auf, wobei der zweite Leitkanalabschnitt bezogen auf die zumindest eine Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb des ersten Leitkanalabschnitts angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine gute thermische Isolation der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei gleichzeitiger Kühlung des sie umgebenden Luftleitelements.
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Bevorzugt bilden die zwei Leitkanalabschnitte an gleichen Endbereichen eine Überströmöffnung zueinander aus. Bevorzugt handelt es sich bei diesen gleichen Endbereichen um die unteren Endbereich bei überwiegend vertikaler Anordnung des Luftleitelements. Hierdurch ist gewährleistet, dass die zwei Leitkanalabschnitte parallel zueinander angeordnet werden können.
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Bevorzugt ist die Überströmöffnung bezogen auf die Richtung des Abgasstroms an stromaufwärts angeordneten Endbereichen der Leitkanalabschnitte angeordnet. Dadurch, dass die Zuführöffnung für Frischluft und die Auslassöffnung für die erwärmte Kühlluft bezogen auf die Richtung des Abgasstroms stromabwärtig angeordnet sind und die Überströmöffnung an dem stromaufwärts entgegengesetzten Ende, kann eine maximale Gesamtlänge beider Leitkanalabschnitte erreicht werden.
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Bevorzugt umgibt das Luftleitelement die zumindest eine Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung umfänglich. Hierdurch ist eine effektive Kapselung der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Luftleitelement gewährleistet.
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Bevorzugt umfasst die Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung einen SCR-Katalysator. Hierdurch ist gewährleistet, dass der SCR-Katalysator als Teil der Abgasnachbehandlungseinrichtung wirksam gekapselt wird, um einerseits eine unbeabsichtigte Berührung durch eine Bedienperson von heißen Bauteilen zu vermeiden und um andererseits eine Temperaturniveau innerhalb des SCR-Katalysators aufrechtzuhalten, so dass eine ordnungsgemäße Funktion sichergestellt ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine mit einem erfindungsgemäßen Luftleitelement wird anhand der nachfolgenden Figuren beschrieben. Hierin zeigen
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1 ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und mit einem erfindungsgemäßen Luftleitelement und
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2 einen Querschnitt durch eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung und durch ein erfindungsgemäßes Luftleitelement entlang der Schnittlinie 2-2 in 1.
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Die 1 zeigt ein landwirtschaftliches Arbeitsfahrzeug 10 in Form eines Schleppers mit einem Führerstand 16 in Form einer Kabine, einem Rahmen 14 und einer nur angedeuteten Verbrennungskraftmaschine 12 mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 zur Ableitung und Reinigung des Abgases. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist in herkömmlicher Weise innerhalb eines Motorraumes 18 angeordnet. Der Führerstand 16 kann alternativ als offene Bedienerplattform ausgeführt sein. Außerdem können auch Teile der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 innerhalb der Motorraums 18 angeordnet sein, beispielsweise ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter.
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Auf der 1 ist zu erkennen, dass aus der rechten Seite des Motorraums 18 die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 mit einem Abgasrohrelement 24 nach unten gerichtet austritt. Das Abgasrohrelement 24 kann von einem Ummantelungsrohr 26 zum Schutz umgeben sein. Das Ummantelungsrohr 26 kann auch abschnittsweise vorgesehen sein. In einem unteren Bereich ist das Abgasrohrelement 24 über eine Haltetraverse 28 an dem Rahmen 14 oder einer Motor-Getriebe-Einheit, welche die Verbrennungskraftmaschine 12 umfasst, befestigt. Die Haltetraverse 28 ist über geeignete Befestigungsmittel, beispielsweise Schellen, mit dem Abgasrohrelement 24 verbunden. In dem weiteren Verlauf beschreibt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 beziehungsweise das Abgasrohrelement 24 einen U-förmigen Bogen, um anschließend einen überwiegend vertikalen Verlauf entlang der A-Säule der Kabine 16 nach oben zu nehmen und um schließlich über eine Mündungsöffnung 30 in die Umgebung zu enden. Der mit R bezeichnete Pfeil symbolisiert die Abgasströmungsrichtung im Bereich des vertikalen Verlaufs.
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Auf der 1 ist ferner zu erkennen, dass der vertikal nach oben verlaufende Teil der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 einen ersten kesselförmig ausgebildeten unteren Abschnitt 32 und einen zweiten rohrförmig ausgebildeten oberen Abschnitt 34 ausbildet. Der untere Abschnitt ist kesselförmig ausgebildet, um eine Komponente 22 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 beispielsweise in Form eines SCR-Katalysators 36 aufnehmen zu können.
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Die 2 zeigt den soeben beschriebenen kesselförmig ausgebildeten unteren Abschnitt 32 als Detailansicht im Querschnitt. Vorliegend ist der SCR-Katalysator 36 zylinderförmig ausgebildet. Der SCR-Katalysator 36 wird umfänglich von einem in seiner Form an diesen angepassten Luftleitelement 40 umgeben, wobei das Luftleitelement 40 vorzugsweise konzentrisch zu dem SCR-Katalysator 36 angeordnet ist. Das Luftleitelement 40 umfasst eine erstes zylindrisches Element 42 und ein zweites zylindrisches Element 44. Das zweite zylindrische Element 44 ist vorzugsweise konzentrisch innerhalb des ersten zylindrischen Elements 42 angeordnet und das zweite zylindrische Element 44 umschließt vorzugweise konzentrisch den SCR-Katalysator 36. Infolge dieser Anordnung bildet das Luftleitelement 40 einen doppelflutigen Luftleitkanal 46 gegenüber dem SCR-Katalysator 36. Hierbei wird ein erster Leitkanalabschnitt 48 zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Element 42, 44 gebildet und ein zweiter Leitkanalabschnitt 50 zwischen dem zweiten zylindrischen Element 44 und dem SCR-Katalysator gebildet.
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Der erste Leitkanalabschnitt 48 des Luftleitelements 40 weist an einem bezogen auf die Abgasströmungsrichtung stromabwärts angeordneten Endbereich 52 des Luftleitelements eine Zuführöffnung 56 für Frischluft auf. Vorliegend ist die Zuführöffnung 56 als über dem Umfang des ersten zylindrischen Elements 42 ausgebildete Luftschlitze ausgeführt. Über die Zuführöffnung 56 kann dem ersten Leitkanalabschnitt 48 Umgebungsluft beziehungsweise Kühlluft zugeführt werden. Die zwei Leitkanalabschnitte 48, 50 bilden an einem bezogen auf die Abgasströmungsrichtung stromaufwärts angeordneten Endbereich 54 eine Überströmöffnung 58 zueinander aus. Über die Überströmöffnung 58 kann ein Luftaustausch zwischen den zwei Leitkanalabschnitten 48, 50 stattfinden. Der zweite Leitkanalabschnitt 50 des Luftleitelements 40 weist an dem bezogen auf die Abgasströmungsrichtung stromabwärts angeordneten Endbereich 52 des Luftleitelements eine Auslassöffnung 60 auf. Über die Auslassöffnung 60 kann die Kühlluft aus dem Luftleitelement 40 entweichen und wie vorliegend in einen Zwischenraum 62 zwischen dem Abgasrohrelement 24 und dem Ummantelungsrohr 26 entweichen.
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Die Funktion des bis hierhin beschriebenen Luftleitelements 40 ergibt sich im Zusammenwirken mit dem umgebenen SCR-Katalysator 36. Infolge der durch den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 erwärmten Oberfläche des SCR-Katalysators erfolgt eine Erwärmung der in dem zweiten Leitkanalabschnitt 50 befindlichen Luft, welche hierdurch in Richtung der Auslassöffnung 60 aufsteigt. Durch den entstehenden Sogeffekt wird Kühlluft über die Überströmöffnung 58, den ersten Luftkanalabschnitt 48 durch die Zuführöffnung 58 angesaugt. Hierdurch entsteht eine den Kühleffekt hervorrufende Luftzirkulation.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Arbeitsfahrzeug
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Rahmen
- 16
- Führerstand
- 18
- Motorraum
- 20
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 22
- Komponente
- 24
- Abgasrohrelement
- 26
- Ummantelungsrohr
- 28
- Haltetraverse
- 30
- Mündungsöffnung
- 32
- unterer Abschnitt
- 34
- oberer Abschnitt
- 36
- SCR-Katalysator
- 38
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- 40
- Luftleitelement
- 42
- zylindrisches Element
- 44
- zylindrisches Element
- 46
- Luftleitkanal
- 48
- Leitkanalabschnitt
- 50
- Leitkanalabschnitt
- 52
- Endbereich
- 54
- Endbereich
- 56
- Zuführöffnung
- 58
- Überströmöffnung
- 60
- Auslassöffnung
