DE102015002224A1

DE102015002224A1 - Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens

Info

Publication number: DE102015002224A1
Application number: DE102015002224.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Friedrich; Jochen Lahr; Tilmann Oestreich; Emmanuel Routier; Wilhelm Kerres
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2015-02-12
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2016-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Abgasführungselement (7), welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Abgaskanal (24) aufweist, mit einer Dosierungseinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Zuführstelle (8) in den Abgaskanal (24) einbringbar ist, und mit wenigstens einem in dem Abgaskanal (24) angeordneten Leitelement (9), mittels welchem der Abgaskanal (24) zumindest teilweise in zwei fluidisch parallel geschaltete Teilkanäle (30, 32) unterteilt ist, wobei die Zuführstelle (8) in einem der Teilkanäle (30, 32) angeordnet und mittels des Leitelements (9) vom dem anderen Teilkanal (32) abgeschirmt ist, wobei das Leitelement (9) zwei gegenüberliegende und an einer den Abgaskanal (24) zumindest teilweise begrenzenden Innenseite (28) des Abgasführungselements (7) anliegende Anlagebereiche (42, 44) und wenigstens einen zwischen den Anlagebereichen (42, 44) angeordneten und von der Innenseite (28) beabstandeten Teilbereich (46) aufweist, durch welchen zumindest der andere Teilkanal (32) wenigstens teilweise begrenzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst wenigstens ein Abgasführungselement, welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Abgaskanal aufweist. Ferner umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Zuführstelle in den Abgaskanal einbringbar ist. Mit anderen Worten mündet die Dosiereinrichtung an der Zuführstelle in den Abgaskanal, sodass das Reduktionsmittel mittels der Dosiereinrichtung an der Zuführstelle in den Abgaskanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann.
Das Reduktionsmittel ist beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung und dient zum Entsticken des Abgases. Unter dem Entsticken ist zu verstehen, dass in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) zumindest teilweise entfernt werden. Beispielsweise können die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit Ammoniak aus dem Reduktionsmittel zu Stickstoff und Wasser reagieren.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst ferner wenigstens ein in dem Abgaskanal angeordnetes Leitelement, mittels welchem der Abgaskanal zumindest teilweise in zwei fluidisch parallel geschaltete Teilkanäle unterteilt ist. Mit anderen Worten sind die Teilkanäle fluidisch parallel angeordnet. Dies bedeutet, dass die Teilkanäle nicht nacheinander, sondern gleichzeitig von dem Abgas durchströmt werden und dabei mittels des Leitelements voneinander getrennt sind. Hierbei ist einer der Teilkanäle auf einer ersten Seite des Leitelements angeordnet, wobei ein zweiter der Teilkanäle auf einer der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite des Leitelements angeordnet ist. Die Zuführstelle ist dabei in einem der Teilkanäle angeordnet und mittels des Leitelements von dem anderen Teilkanal abgeschirmt, sodass beispielsweise das Reduktionsmittel nicht von dem einen Teilkanal durch das Leitelement hindurch in den anderen Teilkanal gelangen kann.
Die DE 10 2011 051 875 A1 offenbart ein Dosiermodul für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Fahrzeugs, das verwendet wird, um ein Reduktionsmittel entlang einer Strömungsrichtung eines Abgases an einer vorderen Seite einer Einheit zur selektiven katalytischen Reduktion einzuspritzen.
Ferner offenbart die US 2010/0212292 A1 eine Einrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in ein Abgasrohr.
Es hat sich gezeigt, dass es bei herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu Harnstoffablagerungen mit extrem hohem korrosivem Potential, insbesondere an einer den Abgaskanal begrenzenden Innenseite des Abgasführungselements, kommen kann. Aufgrund ihres korrosiven Potentials können diese Harnstoffablagerungen zu unerwünschten Bauteilschädigungen führen. Darüber hinaus ist es bei Abgasnachbehandlungseinrichtungen üblicherweise Ziel, das Reduktionsmittel aufzubereiten, sodass das Reduktionsmittel besonders gut mit dem Abgas vermischt werden kann. Hierdurch kann das Abgas besonders effektiv und effizient entstickt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass übermäßige Harnstoffablagerungen vermieden werden können bei gleichzeitiger Realisierung einer vorteilhaften Aufbereitung des Reduktionsmittels.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass übermäßige Harnstoffablagerungen vermieden werden können bei gleichzeitiger Realisierung einer besonders vorteilhaften Aufbereitung des Reduktionsmittels, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Leitelement zwei gegenüberliegende und an einer den Abgaskanal zumindest teilweise begrenzenden Innenseite des Abgasführungselements anliegende Anlagebereiche und wenigstens einen zwischen den Anlagebereichen angeordneten und von der Innenseite her beabstandeten Teilbereich aufweist, durch welchen zumindest der andere Teilkanal wenigstens teilweise begrenzt ist. Hierdurch kann der Abgaskanal besonders effektiv in die zwei Teilkanäle aufgeteilt werden, welche von dem Abgas beziehungsweise jeweiligen Teilströmungen des Abgases durchströmt werden können. Infolge dieser vorteilhaften Aufteilung des Abgases in die Teilströmungen können Ablagerungen des Reduktionsmittels, insbesondere an dem Abgasführungselement beziehungsweise dessen Innenseite, vermieden werden, sodass insbesondere korrosive Harnstoffablagerungen und daraus resultierende Bauteilschäden vermieden werden können.
Das Leitelement wird dabei nicht nur auf einer ersten Seite, auf welcher ein erster der Teilkanäle angeordnet ist, sondern auch auf einer von der ersten Seite abgewandten, zweiten Seite des Leitelements, auf welcher der zweite Teilkanal angeordnet ist, von dem Abgas durchströmt und ist somit hinterströmt und ermöglicht eine gezielte Strömungsführung auch in einem üblicherweise ungünstigen Umlenkungsbereich des Abgasführungselements. Ferner ist es möglich, mittels des Leitelements Turbulenzen des Abgases zu generieren, sodass sich das Abgas besonders gut mit dem Reduktionsmittel beziehungsweise umgekehrt durchmischt. Dadurch ist es insbesondere möglich, eine besonders vorteilhafte Gleichverteilung von Ammoniak aus dem Reduktionsmittel in dem Abgas zu realisieren. Diese vorteilhafte Gleichverteilung kann dabei beispielsweise stromauf eines SCR-Katalysators realisiert werden, sodass das Abgas in dem SCR-Katalysator besonders gut entstickt werden kann (SCR – selektive katalytische Reduktion). Darüber hinaus kann mittels des Leitelements eine Hinterströmung zur Mitnahme etwaiger Reduktionsmitteltropfen am Ende des Leitelements realisiert werden, sodass auch Reduktionsmittelablagerungen am Leitelement vermieden werden können.
Durch den Einsatz des beispielsweise als Leitblech ausgebildeten Leitelements lässt sich auch im Vergleich zu herkömmlichen Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Erweiterung von Regenerationsintervallen realisieren, sodass Kraftstoff eingespart und thermische Belastungen reduziert werden können. Ferner ist es durch den Einsatz des Leitelements möglich, besonders hohe Dosiermengen des Reduktionsmittels als Basis für eine verbesserte Kraftstoffeffizienzapplikation der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren. Außerdem ist es möglich, die Gefahr von durch Reduktionsmittel bewirkter Korrosion der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering zu halten, sodass besonders kostengünstige Werkstoffe, insbesondere Stahlsorten, zum Herstellen der Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Einsatz kommen können. Dadurch können die Kosten der Abgasnachbehandlungseinrichtung insgesamt gering gehalten werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Leitelement dazu ausgebildet ist, das Abgas beziehungsweise eine Strömung des Abgases derart aufzuteilen, dass wenigstens 85 Prozent der Strömung beziehungsweise des Abgases durch den einen Teilkanal und höchstens 15 Prozent der Strömung beziehungsweise des Abgases durch den anderen Teilkanal strömen. Insbesondere kann eine Ausgestaltung derart vorgesehen sein, dass etwa 95 Prozent der Strömung beziehungsweise des Abgases durch den einen Teilkanal und etwa 5 Prozent der Strömung beziehungsweise des Abgases durch den anderen Teilkanal strömen. Hierdurch können übermäßige Harnstoffablagerungen besonders gut vermieden werden.
Insbesondere ist das Leitelement als strömungsgünstig geformtes Blech mit gezielter Turbulenzleitung im Randbereich der Strömung ausgebildet. Ferner wirkt das Leitelement zusätzlich als Strömungsteiler, vorzugsweise im Verhältnis von circa 5 Prozent bis 15 Prozent zu circa 95 Prozent bis 85 Prozent, zur Realisierung einer ausgeglichenen Temperatur.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein sich an das Abgasführungselement anschließendes Hydrolyserohr mit wenigstens einem von dem Abgas durchströmbaren, zweiten Abgaskanal vorgesehen ist, wobei ein dem Teilbereich gegenüberliegender Endbereich des Leitelements zumindest an einen Teil einer den zweiten Abgaskanal zumindest teilweise begrenzenden Innenkontur des Hydrolyserohrs angepasst ist. Dadurch kann ein besonders strömungsgünstiger Übergang vom ersten Abgaskanal in den zweiten Abgaskanal realisiert werden, sodass das Abgas besonders gut entstickt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Hydrolyserohr außenumfangsseitig dreieckförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann der Bauraumbedarf der Abgasnachbehandlungseinrichtung besonders gering gehalten werden bei gleichzeitiger Realisierung vorteilhafter Strömungsbedingungen für das Abgas im Hydrolyserohr.
Zur Realisierung einer besonders vorteilhaften Aufteilung des Abgases ist es bei einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Teilbereich von der Innenseite weggewölbt ist. Hierdurch ist das Leitelement besonders strömungsgünstig gestaltet.
Um die Gefahr von Harnstoffablagerungen besonders gering zu halten, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der andere Teilkanal eine Einströmöffnung für das Abgas aufweist, wobei die Einströmöffnung stromauf der Zuführstelle angeordnet ist.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Leitelement in einem dem Teilbereich gegenüberliegender Endbereich des Leitelements, über welchen das Leitelement von dem Abgas abströmbar ist, eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und von einem Grundkörper des Leitelements abstehenden Zähnen auf. Dadurch können Turbulenzen des Abgases bewirkt werden, sodass das Abgas besonders gut mit dem Reduktionsmittel vermischt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Zähne von dem den einen Teilkanal durchströmendem Abgas umströmbar sind. Mit anderen Worten sind die Zähne zumindest teilweise in Überdeckung mit einer Ausströmöffnung des einen Teilkanals angeordnet, wobei das Abgas über die Ausströmöffnung aus dem einen Teilkanal ausströmen kann. Somit kann eine besonders vorteilhafte Turbulenz des aus dem einen Teilkanal ausströmenden Abgases erzeugt werden, in welches auch das Reduktionsmittel eindosiert wurde.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Leitelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist. Dadurch kann das Leitelement das Abgas besonders vorteilhaft ableiten und auch hohe Temperaturen des Abgases schadfrei ertragen.
Zur Erfindung gehört auch ein Kraftwagen mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des Kraftwagens anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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. Die Zeichnung zeigt in:
1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Leitelement, das zwei gegenüberliegende und an einer einen Abgaskanal zumindest teilweise begrenzenden Innenseite eines Abgasführungselements anliegende Anlagebereiche und wenigstens einen zwischen den Anlagebereichen angeordneten und von der Innenseite beabstandeten Teilbereich aufweist, durch welche zumindest ein Teilkanal wenigstens teilweise begrenzt ist;
2 eine weitere schematische Perspektivansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
3 eine schematische Seitenansicht des Leitelements;
4 eine schematische Vorderansicht des Leitelements;
5 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung; und
6 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 und 2 zeigen eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 auch als kombinierte, integrale Abgasnachbehandlungseinheit bezeichnet wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 dient insbesondere zur Verminderung zumindest von Partikeln und Stickoxiden (NO_x) im Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Vorzugsweise ist der Kraftwagen ein Nutzkraftwagen beziehungsweise ein Nutzfahrzeug, der beziehungsweise das mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise eine Hubkolben-Verbrennungsmaschine in Form eines Dieselmotors. Die Abgasnachbehandlungseinheit ist in 1 ohne mittigen Gehäusemantel, jedoch mit endseitigen Abdeckungen 22 und in 2 gänzlich ohne Gehäusebestandteile dargestellt. Die Abgasnachbehandlungseinheit umfasst eine Mehrzahl von Abgasnachbehandlungsbauteilen, welche parallel und eng benachbart zueinander in einem Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinheit angeordnet sind. Insbesondere umfasst die Abgasnachbehandlungseinheit jeweils zwei parallel vom Abgas durchströmte oder durchströmbare CRT-Bauteile 4, 5 beziehungsweise 5' und einen zweiten Dieseloxidationskatalysator, welcher in 1 und 2 jedoch verdeckt und demzufolge nicht erkennbar ist. Das CRT-Bauteil 4 ist ein erster Dieseloxidationskatalysator (DOC), wobei das CRT-Bauteil 5 ein erster Dieselpartikelfilter (DPF) ist. Das CRT-Bauteil 5' ist ein zweiter Dieselpartikelfilter. Mit anderen Worten ist das jeweilige CRT-Bauteil beispielsweise ein Oxidationskatalysator mit unmittelbar nachgeschaltetem Partikelfilter, wobei CRT „continuously regeneration trap” bedeutet. Hierunter ist eine Variante eines Rußpartikelfilters, insbesondere eines Dieselrußpartikelfilters, zu verstehen.
Ferner umfasst die Abgasnachbehandlungseinheit parallel durchströmte beziehungsweise durchströmbare SCR-Bauteile 13, 14, 15 beziehungsweise 13', 14', 15'. Das SCR-Bauteil 13 ist ein erster SCR-Katalysator (SCR – selektive katalytische Reduktion), wobei das SCR-Bauteil 14 ein zweiter SCR-Katalysator ist. Das SCR-Bauteil 15 ist ein erster Sperr-Katalysator. Demzufolge ist das SCR-Bauteil 13' ein dritter SCR-Katalysator, das SCR-Bauteil 14' ein vierter SCR-Katalysator und das SCR-Bauteil 15' ein zweiter Sperr-Katalysator. Obwohl der zweite Dieseloxidationskatalysator in 1 und 2 nicht erkennbar ist, wird er im Folgenden als CRT-Bauteil 4' bezeichnet, um einfach auf den zweiten Dieseloxidationskatalysator referenzieren zu können. Die CRT-Bauteile 4, 4' oxidieren im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) sowie teilweise Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO₂). Die genannten Dieselpartikelfilter filtern im Abgas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus. Abgelagerte Rußpartikel werden wenigstens teilweise von NO₂ oxidiert. Die SCR-Bauteile 13, 14, 13', 14' reduzieren mit Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel selektiv Stickoxide (NO_x). Der erste und dritte SCR-Katalysator (SCR-Bauteile 13, 13') enthalten ein Katalysatormaterial auf Basis von Eisen-Zeolith. Der zweite und vierte SCR-Katalysator (SCR-Bauteile 14, 14') enthalten ein Katalysatormaterial auf Basis von Kupfer-Zeolith mit niedrigerer Arbeitstemperatur als die SCR-Bauteile 13, 13'. Die Sperr-Katalysatoren (SCR-Bauteile 15, 15') oxidieren gegebenenfalls durch die SCR-Katalysatoren schlüpfendes NH₃.
Das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20, wie es in 1 und 2 durch Richtungspfeile veranschaulicht ist, mit viermaliger Umlenkung der Hauptströmungsrichtung um jeweils 180 Grad. In das Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 eintretendes Abgas durchströmt zunächst ein Einlassrohr 1, welches von den CRT-Bauteilen 4, 5, 4', 5' und den SCR-Bauteilen 13, 14, 15, 13', 14', 15' in etwa ringförmig umgeben ist und gelangt danach in eine Einlasskammer 2, welche auch als DOC-Einlasskammer bezeichnet wird. Eine Abschirmplatte 3, welche auch als DOC-Abschirmplatte bezeichnet wird, bewirkt eine bessere Gleichverteilung und Aufbereitung von zur Dieselpartikelfilterregeneration eindosiertem Kraftstoff in Form von Dieselkraftstoff. Von der Einlasskammer 2 aufgenommenes Abgas wird wenigstens annähernd gleichmäßig auf die beiden CRT-Stränge verteilt und gelangt nach Durchströmen der CRT-Bauteile 4, 5 und 4', 5' in eine Auslasskammer 7, welche auch als DPF-Auslasskammer bezeichnet wird. Eine Abschirmplatte 6, welche auch als DPF-Abschirmplatte bezeichnet wird, bewirkt eine Optimierung der NH₃-Gleichverteilung auf die SCR-Katalysatoren. Von dem Abgas durchströmbare Bauteile der Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 sind somit jeweilige Abgasführungselemente, welche jeweils wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Abgaskanal aufweisen. Somit ist auch die Auslasskammer 7 ein Abgasführungselement, das – wie in Zusammenschau mit 5 und 6 erkennbar ist – wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Abgaskanal 24 aufweist.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 20 umfasst ferner eine in den Fig. nicht dargestellte Dosiereinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung an einer Zuführstelle 8 in den Abgaskanal 24 einbringbar, das heißt eindosierbar ist. Die Zuführstelle 8 wird dabei auch als Zugabepunkt bezeichnet, da die Dosiereinrichtung an dem Zugabepunkt an die Auslasskammer 7 angeschlossen ist. Insbesondere wird das Reduktionsmittel mittels der Dosiereinrichtung an der Zuführstelle 8 in den Abgaskanal 24 eingespritzt. Dies bedeutet, dass in die Auslasskammer 7, insbesondere in den Abgaskanal 24, an dem Zugabepunkt durch die nicht dargestellte Dosiereinrichtung Reduktionsmittel wenigstens annähernd in Richtung eines Hydrolyserohrs 10 eingesprüht wird. Dabei schließt sich das Hydrolyserohr 10 an die Auslasskammer 7 an und weist – wie ebenfalls aus 5 und 6 erkennbar ist – einen von dem Abgas durchströmbaren, zweiten Abgaskanal 26 auf, welcher mit dem ersten Abgaskanal 24 fluidisch verbunden ist.
Das Reduktionsmittel dient zum Entsticken des Abgases. Mit anderen Worten dient das Reduktionsmittel dazu, zumindest ein Teil der im Abgas enthaltenen Stickoxide zu entfernen. Das mit dem Reduktionsmittel angereicherte Abgas durchströmt nach der Auslasskammer 7 beziehungsweise nach dem ersten Abgaskanal 24 das Hydrolyserohr 10 beziehungsweise den zweiten Abgaskanal 26, wobei das Hydrolyserohr 10 zwischen den CRT-Bauteilen 4, 5 und den SCR-Bauteilen 13, 14, 15 in einem oberen Bereich angeordnet ist. Vorliegend weist das Hydrolyserohr 10 einen zumindest im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt auf, wobei das Hydrolyserohr 10 auch außenumfangsseitig zumindest im Wesentlichen dreiecksförmig ist, um platzsparend in einen Zwischenraum zwischen den CRT-Bauteilen 4, 5 und den SCR-Bauteilen 13, 14, 15 eingepasst zu sein. Auf dem Weg durch das Hydrolyserohr 10 beziehungsweise den zweiten Abgaskanal 26 wird aus dem zugegebenen Reduktionsmittel, welches beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung ist, wenigstens teilweise Ammoniak (NH₃) freigesetzt. Aus dem Hydrolyserohr 10 austretendes Abgas gelangt in eine Einlasskammer 12, welche auch als SCR-Einlasskammer bezeichnet wird. Eine erste SCR-Abschirmplatte 11 bewirkt eine Optimierung der NH₃-Gleichverteilung auf die SCR-Katalysatoren.
Von der Einlasskammer 12 aufgenommenes Abgas wird wenigstens annähernd gleichmäßig auf die beiden SCR-Stränge verteilt und gelangt nach Durchströmen der SCR-Bauteile 13, 13', 14, 14', 15, 15' in eine SCR-Auslasskammer 17. Eine zweite SCR-Abschirmplatte 16 bewirkt einen Schutz der SCR-Katalysatoren vor ungewolltem Wassereintritt.
Von der SCR-Auslasskammer 17 aufgenommenes Abgas wird über ein Abgasaufnahmerohr 18 zum anderen Ende des Gehäuses in eine nicht dargestellte Auslasskammer geleitet und von dort aus der Abgasnachbehandlungseinheit abgeführt. Das Abgasaufnahmerohr 18 liegt dem Hydrolyserohr 10 gegenüber und weist ebenfalls einen im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt und insbesondere einen zumindest im Wesentlichen dreiecksförmigen Außenumfang auf, um platzsparend in den Zwischenraum zwischen den CRT-Bauteilen 4', 5' und den SCR-Bauteilen 13', 14', 15' eingepasst zu sein. Die Mittelachsen des Hydrolyserohrs 10, des Einlassrohrs 1 und des Abgasaufnahmerohrs 18 liegen wenigstens annähernd in einer Ebene.
Das Reduktionsmittel wird unter Ausbildung eines Sprühstrahls in die Auslasskammer 7, insbesondere den Abgaskanal 24, eindosiert. Um ein übermäßiges Auftreffen des Sprühstrahls auf eine den Abgaskanal 24 zumindest teilweise begrenzende Innenseite 28 der Auslasskammer 7 zu vermeiden, ist in dem Abgaskanal 24 ein als Strömungsleitblech 9 ausgebildetes Leitelement angeordnet. Das Strömungsleitblech 9 ist demzufolge aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Blech, gebildet und wird auch als Leitblech bezeichnet. Die Ausgestaltung des Leitblechs ist besonders gut aus 3 und 4 erkennbar. Durch das Strömungsleitblech 9 ist der Abgaskanal 24 zumindest teilweise in zwei fluidisch parallel geschaltete, das heißt fluidisch parallel angeordnete Teilkanäle 30 und 32 angeordnet, wobei die Zuführstelle 8 in dem Teilkanal 30 angeordnet und mittels des Strömungsleitblechs 9 vom Teilkanal 32 abgeschirmt ist. Hierzu ist das Strömungsleitblech 9 zumindest in jeweiligen, die Teilkanäle 30 und 32 begrenzenden Bereichen unterbrechungsfrei beziehungsweise öffnungsfrei ausgebildet und weist demzufolge in diesen Bereichen keine Durchgangsöffnung auf, durch welche an der Zuführstelle 8 in den Teilkanal 30 eindosiertes Reduktionsmittel hindurch in den Teilkanal 32 strömen könnte. Der Teilkanal 30 ist dabei auf einer ersten Seite 34 des Strömungsleitblechs 9 angeordnet, wobei der Teilkanal 32 auf einer der ersten Seite 34 gegenüberliegenden beziehungsweise abgewandten Seite 36 des Strömungsleitblechs 9 angeordnet ist.
Das Strömungsleitblech 9 teilt das Abgas beziehungsweise eine Gesamtströmung des Abgases in eine erste Teilströmung in Form einer Hauptströmung und eine zweite Teilströmung in Form einer Nebenströmung auf. Die Hauptströmung ist in 6 durch einen Richtungspfeil 38 veranschaulicht und durchströmt den Teilkanal 30, wobei die Nebenströmung in 6 durch Richtungspfeile 40 veranschaulicht ist und durch den Teilkanal 32 strömt. Die Hauptströmung umfasst zumindest im Wesentlichen 95 Prozent der Gesamtströmung, wobei die Nebenströmung zumindest im Wesentlichen 5 Prozent der Gesamtströmung des Abgases umfasst. Da die Hauptströmung den Teilkanal 30 durchströmt, wird in die Hauptströmung das Reduktionsmittel eingesprüht. Die Hauptströmung nimmt das eingesprühte Reduktionsmittel zumindest im Wesentlichen auf und trägt es weiter. Da der Teilkanal 32 mittels des Strömungsblechs 9 von der Zuführstelle 8 abgeschirmt wird, bleibt die Nebenströmung zumindest im Wesentlichen frei von eingesprühtem Reduktionsmittel. Ferner hinterströmt die Nebenströmung das Strömungsleitblech 9. Dadurch wird ein Auftreffen von Tröpfchen des Reduktionsmittels auf die Innenwand der Auslasskammer 7 zumindest weitestgehend vermieden.
Um eine übermäßige Ablagerung von Reduktionsmittel an der Innenseite 28 zu vermeiden sowie gleichzeitig eine vorteilhafte Aufbereitung des Reduktionsmittels zu realisieren, weist das Strömungsleitblech 9 – wie besonders gut aus 3 und 6 erkennbar ist – zwei gegenüberliegende und an der den Abgaskanal 24 zumindest teilweise begrenzenden Innenseite 28 des Abgasführungselements in Form der Auslasskammer 7 anliegende Anlagebereiche 42 und 44 sowie wenigstens einen zwischen den Anlagebereichen 42 und 44 angeordneten und von der Innenseite 28 beabstandeten Teilbereich 46 auf, durch welchen zumindest der Teilkanal 32 wenigstens teilweise begrenzt ist. Vorliegend ist der Teilbereich 46 von der Innenseite 28 weg gewölbt und somit als Aufwölbung ausgebildet. Diese untere, zumindest bereichsweise Aufwölbung des Strömungsleitblechs 9 ermöglicht die Führung der Nebenströmung, welche auch als Nebenabgasstrom bezeichnet wird, in einen Bereich zwischen der Innenwand (Innenseite 28) der Auslasskammer 7 und dem Strömungsleitblech 9.
Aus 5 ist besonders gut erkennbar, dass eine strömungsseitige Kontur des Strömungsleitblechs 9 mit geringem Abstand annähernd einer Kontur des Hydrolyserohrs 10 folgt. Mit anderen Worten ist ein den Teilbereich 46 gegenüberliegender Endbereich 48 des Strömungsleitblechs 9 zumindest an einen Teil einer den zweiten Abgaskanal 26 zumindest teilweise begrenzenden Innenkontur 50 des Hydrolyserohrs 10 angepasst. Infolge einer ansonsten randseitig zumindest annähernd bündigen Anlage des Strömungsleitblechs 9 an der Auslasskammer 7 wird das Abgas gezielt und zumindest nahezu vollständig durch eine sich zwischen der Aufwölbung und der Innenwand der Auslasskammer 7 ergebende Öffnung in einen Zwischenraum zwischen dem Strömungsleitblech 9 und der Auslasskammer 7 geleitet. Das Strömungsleitblech 9 endet strömungsendseitig etwa im Bereich einer eintrittsseitigen Öffnung des Hydrolyserohrs 10.
Der Teilkanal 32 weist eine Einströmöffnung 54 auf, über welche das Abgas in den Teilkanal 32 einströmen kann. Die Einströmöffnung 54 ist dabei teilweise durch das Strömungsleitblech 9 und teilweise durch die Auslasskammer 7 beziehungsweise die Innenseite 28 begrenzt. Dabei ist die Einströmöffnung 54 stromauf der Zuführstelle 8 angeordnet, sodass ein übermäßiges Auftreffen von Reduktionsmittel auf die Innenseite 28 vermieden werden kann.
Ein Hauptauftreffbereich des Reduktionsmittels, insbesondere von Tröpfchen des Reduktionsmittels, ist durch ein Oval 19 in 3 gekennzeichnet. Die Nebenströmung auf der Rückseite des Strömungsleitblechs 9 bewirkt auch eine zusätzliche Aufheizung des auf der Vorderseite mit Reduktionsmittel beaufschlagten Strömungsleitblechs 9. Diese wärmeisolierende Trennung von der vergleichsweise kalten Innenwand der Auslasskammer 7 ermöglicht ein schnelleres Aufheizen des Strömungsleitblechs 9. Die Tendenz zur Bildung von Harnstoff-Ablagerungen ist damit vermindert. Strömungsendseitig bereichsweise vorgesehene, abwechselnd in annähernd entgegengesetzte Richtungen abragende Zähne 52 des Strömungsleitblechs 9 bewirken eine Verwirbelung des Abgases und eine verbesserte Vermischung der abgesprühten Menge des Reduktionsmittels mit dem Abgas sowie eine verbesserte Gleichverteilung über dem Querschnitt des Hydrolyserohrs 10. Das Strömungsleitblech 9 dient somit zur Formung einer Strömung von Abgas, in das das Reduktionsmittel eingesprüht wird.
Mit anderen Worten sind die Zähne 52 in einem dem Teilbereich 46 gegenüberliegenden Endbereich des Strömungsleitblechs 9, über welchen das Strömungsleitblech 9 von dem Abgas abströmbar ist, angeordnet und stehen von einem Grundkörper 56 des Strömungsleitblechs 9 ab, sodass eine besonders vorteilhaften Turbulenz des Agbas realisiert werden kann. Dadurch wird das Abgas besonders gut mit dem eindoseriten Reduktionmittel vermischt.
Das Strömungsleitblech 9 erfüllt dabei folgende Funktionen: Die Innenseite 28 wird mittels des Strömungsleitblechs 9 zumindest bereichsweise abgeschirmt, wodurch zumindest weitgehend das Auftreffen von Tröpfchen des Reduktionsmittels auf die Innenwand (Innenseite 28) verhindert wird. Als Folge hiervon werden Harnstoffablagerungen und dadurch bewirkte Korrosionserscheinungen vermieden mit der Möglichkeit des Einsatzes von preisgünstigeren Stahlsorten für die Innenwand. Darüber hinaus lässt sich eine verbesserte Gleichverteilung der Abgasströmung im Bereich des Eintritts in das Hydrolyserohr 10 stromabwärts der Zuführstelle 8 realisieren. Ferner kann eine Abgasturbulenz insbesondere unmittelbar stromab des Strömungsleitblechs 9 mit verbesserter Vermischung des Abgases mit dem Reduktionsmittel erzeugt werden. Darüber hinaus kann eine thermisch von der Innenwand zumindest weitgehend isolierte Aufprallfläche für die Reduktionsmitteltröpfchen geschaffen werden, wodurch übermäßige Harnstoffablagerungen vermieden werden können. Durch beidseitige Umströmung des Strömungsleitblechs 9 mit heißem Abgas wird auch im Falle von zugeführtem Reduktionsmittel eine hohe Temperatur des Strömungsleitblechs 9 gewährleistet. Aufgrund der oben genannten Wirkungen resultiert ein Potential zur ablagerungsarmen Dosierung von hohen Mengen des Reduktionsmittels, um hohe Stickoxidmengen reduzieren zu können. Dies ermöglicht wiederum eine NO_x-reichere und damit kraftstoffsparende und partikelarme Verbrennung, bei welcher weniger häufig DPF-Regenerationen durchgeführt werden müssen und welche die thermische Belastung reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Einlassrohr
2: Einlasskammer
3: Abschirmplatte
4: CRT-Bauteil
4': CRT-Bauteil
5: CRT-Bauteil
5': CRT-Bauteil
6: Abschirmplatte
7: Auslasskammer
8: Zuführstelle
9: Strömungsleitblech
10: Hydrolyserohr
11: erste SCR-Abschirmplatte
12: Einlasskammer
13: SCR-Bauteil
13': SCR-Bauteil
14: SCR-Bauteil
14': SCR-Bauteil
15: SCR-Bauteil
15': SCR-Bauteil
16: zweite SCR-Abschirmplatte
17: SCR-Auslasskammer
18: Abgasaufnahmerohr
19: Oval
20: Abgasnachbehandlungseinrichtung
22: Abdeckung
24: erster Abgaskanal
26: zweiter Abgaskanal
28: Innenseite
30: Teilkanal
32: Teilkanal
34: erste Seite
36: zweite Seite
38: Richtungspfeil
40: Richtungspfeile
42: Anlagebereich
44: Anlagebereich
46: Teilbereich
48: Endbereich
50: Innenkontur
52: Zähne
54: Einströmöffnung
56: Grundkörper

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011051875 A1 [0005]
US 2010/0212292 A1 [0006]

Claims

Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, mit wenigstens einem Abgasführungselement (7), welches wenigstens einen von Abgas durchströmbaren Abgaskanal (24) aufweist, mit einer Dosierungseinrichtung, mittels welcher ein Reduktionsmittel an einer Zuführstelle (8) in den Abgaskanal (24) einbringbar ist, und mit wenigstens einem in dem Abgaskanal (24) angeordneten Leitelement (9), mittels welchem der Abgaskanal (24) zumindest teilweise in zwei fluidisch parallel geschaltete Teilkanäle (30, 32) unterteilt ist, wobei die Zuführstelle (8) in einem der Teilkanäle (30, 32) angeordnet und mittels des Leitelements (9) vom dem anderen Teilkanal (32) abgeschirmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (9) zwei gegenüberliegende und an einer den Abgaskanal (24) zumindest teilweise begrenzenden Innenseite (28) des Abgasführungselements (7) anliegende Anlagebereiche (42, 44) und wenigstens einen zwischen den Anlagebereichen (42, 44) angeordneten und von der Innenseite (28) beabstandeten Teilbereich (46) aufweist, durch welchen zumindest der andere Teilkanal (32) wenigstens teilweise begrenzt ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (9) dazu ausgebildet ist, eine Strömung des Abgases derart aufzuteilen, dass wenigstens 85 Prozent der Strömung durch den einen Teilkanal (30) und höchstens 15 Prozent der Strömung durch den anderen Teilkanal (32) strömen.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an das Abgasführungselement (9) anschließendes Hydrolyserohr (10) mit wenigstens einem von dem Abgas durchströmbaren, zweiten Abgaskanal (26) vorgesehen ist, wobei ein dem Teilbereich (46) gegenüberliegender Endbereich (48) des Leitelements (9) zumindest an einen Teil einer den zweiten Abgaskanal (26) zumindest teilweise begrenzenden Innenkontur (50) des Hydrolyserohrs (10) angepasst ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrolyserohr (10) außenumfangsseitig dreieckförmig ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich (46) von der Innenseite (28) weggewölbt ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Teilkanal (32) eine Einströmöffnung (54) für das Abgas aufweist, wobei die Einströmöffnung (54) stromauf der Zuführsteile (8) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dem Teilbereich (46) gegenüberliegender Endbereich des Leitelements (9), über welchen das Leitelement (9) von dem Abgas abströmbar ist, eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und von einem Grundkörper (56) des Leitelements (9) abstehenden Zähnen (52) aufweist.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (52) von dem den einen Teilkanal (30) durchströmendem Abgas umströmbar sind.
Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (9) aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
Kraftwagen mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.