-
Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Abgasreinigungssysteme sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
DE 103 29 436 A1 bekannt.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Abgasreinigungssystems in einem Personenkraftwagen mit Ottomotor beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Ausführungsform zu verstehen.
-
Bei der Verbrennung von Treibstoff zum Antrieb eines Personenkraftwagens entstehen Abgase, welche bevor sie in die Umwelt gelangen, gereinigt werden. Zur Reinigung der Abgase sind Katalysatoren, in welchen chemische Umwandlungsprozesse ablaufen, und Filtersysteme, in welchen die Partikelanzahl im Abgas verringert wird, bekannt. Beiden Reinigungssystemen ist es gemeinsam, dass deren Wirkung verbessert wird, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem Reinigungssystem vergrößert wird, zu dem ist mit einer großen Kontaktfläche ein geringer Abgasgegendruck erreichbar, welcher sich positiv auf die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine auswirkt.
-
Für mobile Anwendungen wie in Personenkraftwagen ist aber auch immer die Kompaktheit einer Komponente von Bedeutung. Die
DE 103 29 436 A1 schlägt zur verbesserten Bauraumnutzung für ein Abgasreinigungssystem in einem Personenkraftwagen vor, zwei Abgasreinigungselemente geometrisch hintereinander anzuordnen und die Abgasführung derart zu gestalten, dass diese Abgasreinigungselemente vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine parallel durchströmbar sind.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Abgasreinigungssystem anzugeben, welche einen geringen Bauraumbedarf und eine hohe Wirksamkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasreinigungsystem eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen aus einer Verbrennungskraftmaschine, wie diese zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs verwendbar ist. Vorzugsweise ist diese Verbrennungskraftmaschine in hubkolbenbauweise ausgebildet und weiter vorzugsweise ist diese als eine Verbrennungskraftmaschine die nach dem Diesel- oder bevorzugt nach dem Ottoprinzip arbeitet ausgebildet.
-
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasreinigungselement eine Einrichtung zu verstehen, die von einem Abgasstrom durchströmbar ist und dabei ist das Abgasreinigungselement beziehungsweise eine Oberfläche des Abgasreinigungselements wenigstens abschnittsweise von diesem Abgasstrom kontaktierbar. Weiter reinigt das Abgasreinigungselement bei diesem Durchströmen das Abgas von bestimmten, insbesondere schädlichen, Inhaltsstoffen oder wandelt diese in unschädliche Inhaltsstoffe um. Weiter ist es durch ein Abgasreinigungselement vorzugsweise ermöglicht, Festkörper, beziehungsweise Partikel, aus dem Abgasstrom zu Filtern. Derartige Abgasreinigungselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere als Bauteile, welche wenigstens abschnittsweise aus keramischen oder metallischen Werkstoffen bestehen oder mit solchen, wenigstens abschnittsweise beschichtet. Insbesondere wird ein solches Abgasreinigungselement als ein Monolith bezeichnet.
-
Im Sinne der Erfindung ist das Abgasreinigungssystem derart ausgestaltet, dass sich diese wenigstens zwei Teilabgasströme ausbildet, dass also ein von der Verbrennungskraftmaschine dem Abgasreinigungssystem zuführbarer Abgasstrom in zwei, strömungsmäßig parallel strömende Abgasströme aufgeteilt wird und vorzugsweise vor dem Verlassen des Abgasreinigungssystems werden die beiden Teilabgasströme wieder zu einem gemeinsamen Abgasstrom vereinigt. Insbesondere durch diese Aufteilung in Teilabgasströme ist eine Absenkung des Strömungswiderstandes für das Abgasreinigungssystem erreichbar.
-
In Sinne der Erfindung ist unter der Abgasaustrittsfläche eines Abgasreinigungselements diejenige Fläche dieses Abgasreinigungselements zu verstehen, durch welche der Teilabgasstrom, welcher dieses durchströmt, das Abgasreinigungselement verlässt. Bildlich ist insbesondere bei einem zylinderförmigen Abgasreinigungselement, welches entlang einer Zylinderachse von Abgas durchströmbar ist, die strömungsmäßig hintere Deckfläche des Zylinders als Abgasaustrittsfläche zu verstehen.
-
Entsprechend ist unter der Abgaseintrittsfläche eines Abgasreinigungselements diejenige Fläche dieses Abgasreinigungselements zu verstehen, durch welche der Teilabgasstrom, welcher dieses durchströmt, in das Abgasreinigungselement eintritt. Bildlich ist insbesondere bei einem zylinderförmigen Abgasreinigungselement, welches entlang einer Zylinderachse von Abgas durchströmbar ist, die strömungsmäßig vordere Deckfläche des Zylinders als Abgaseintrittsfläche zu verstehen.
-
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasteilstromkanal ein Strömungskanal zu verstehen, der strömungsmäßig parallel geschaltet zu einem der Abgasreinigungselemente ist. Insbesondere ist es mit einem solchen Abgasteilstromkanal ermöglicht, dass der von der Verbrennungskraftmaschine abgebbare Abgasstrom innerhalb des Abgsreinigungssystems in einen ersten und einen zweiten Teilabgasstrom aufgeteilt ist, wobei der erste Teilabgasstrom durch das erste Abgasreinigungselement strömt und der zweite Teilabgasstrom durch den ersten Abgasteilstromkanal, entsprechendes gilt für den zweiten Abgasteilstromkanal und das zweite Abgasreinigungselement. Vorzugsweise ist ein solcher Abgasteilstromkanal als eine Rohrleitung ausgebildet. Vorzugsweise ist ein solcher Abgasteilstromkanal innerhalb eines Gehäuses ausgebildet, welches zumindest eines der Abgasreinigungselemente, wenigstens teilweise, umgibt und bevorzugt ist der Abgasteilstromkanal durch dieses Gehäuse zumindest abschnittsweise begrenzt. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung eines der Abgasteilstromkanäle oder beider ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht.
-
Im Sinne der Erfindung ist unter Projektionsebene eine gedachte Ebne zu verstehen, welche vorzugsweise orthogonal zu der Durchströmungsrichtung wenigstens des ersten oder des zweiten oder beider Abgasreinigungselemente angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist eine Längsachse zumindest eines dieser Abgasreinigungselemente orthogonal zur Projektionsebene, beziehungsweise achsparallel zur Durchströmungsrichtung des Teilabgasstroms durch wenigstens eines der Abgasreinigungselemente ausgerichtet. Weiter vorzugsweise ist zumindest eines der Abgasreinigungselemente rotationssymmetrisch zu der Längsachse dieses Abgasreinigungselements ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Projektionsebene orthogonal zu der Strömungsrichtung ausgerichtet, welche der Teilabgasstrom unmittelbar beim, beziehungsweise nach dem Austreten aus einem der Abgasreinigungselemente aufweist, vorzugsweise dem ersten Abgasreinigungselement.
-
Vorzugsweise ist der erste Abgasteilstromkanal geometrisch wenigstens abschnittsweise neben dem ersten Abgasreinigungselement angeordnet und der zweite Abgasteilstromkanal ist geometrisch wenigstens abschnittsweise neben dem zweiten Abgasreinigungselement angeordnet. Weiter vorzugsweise ist jeweils in diesem neben dem Abgasreinigungselement angeordneten Bereich des Abgasteilstromkanals jeweils eine von Abgas durchströmbare Abgasdurchtrittsfläche, welche insbesondere parallel zur Projektionsebene ausgerichtet ist, angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist die Abgasdruchtrittsfläche als die von Abgas durchströmbare Querschnittsfläche, insbesondere orthogonal zur Strömungsrichtung des Abgases, zu verstehen.
-
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Abgasteilstromkanal in einem Zwischenraum zwischen einer ersten und einer zweiten gedachten Tangentialebenen angeordnet. Vorzugsweise tangiert die erste Tangentialebne wenigstens eines der Abgasreinigungselemente von einer Seite und die zweite Tangentialebene tangiert dieses Abgasreinigungselement von der gegenüberliegenden Seite. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Tangentialebene parallel zueinander ausgerichtet und orthogonal zu Projektionsebene.
-
Weiter vorzugsweise durchstößt eine Teilstromkanalachse, diese ist als eine gedachte Gerade aufzufassen, welche orthogonal zur Projektionsebene ausgerichtet ist, sowohl die erste wie auch die zweite Abgasdurchtrittsfläche. Insbesondere mit einer derartigen Ausgestaltung der Abgasteilstromkanäle zueinander und zu den Abgasreinigungselementen ist ein besonders platzsparender Aufbau des Abgasreinigungssystems erreichbar.
-
Bildlich sind der erste und der zweite Abgasteilstromkanal auf der gleichen Seite der Abgasreinigungselemente angeordnet und dadurch ist ein besonders platzsparender Aufbau erreichbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Abgasreinigungselement und das zweite Abgasreinigungselement, wenigstens im Wesentlichen, den gleichen Strömungswiderstand auf. Weiter vorzugsweise weist die erste Abgasdurchtrittsfläche und die zweite Abgasdurchtrittsfläche, wenigstens im Wesentlichen, den gleichen Flächeninhalt auf. Weiter vorzugsweise sind die erste Abgasdurchtrittsfläche und die zweite Abgasdurchtrittsfläche identisch zueinander. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung ist ein besonders niedriger Strömungswiderstand für das Abgasreinigungssystem erreichbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist stromabwärts zwischen der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements und der Abgas Eintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements eine Abgasführungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist diese Abgasführungseinrichtung dazu eingerichtet, den aus der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements austretenden ersten Teilabgasstrom in den zweiten Abgasteilstromkanal zu leiten. Weiter vorzugsweise ist diese Abgasführungseinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet den durch den ersten Abgasteilstromkanal strömenden zweiten Teilabgasstrom zur Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements zu führen. Weiter vorzugsweise ist die Abgasführungseinrichtung als, insbesondere dünnwandiges, Blechbauteil ausgebildet, wobei auf einer Seite dieses Blechbauteils der erste Teilabgasstrom strömt und auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite der zweite Teilabgasstrom. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere durch eine derartige Abgasführungseinrichtung das Strömungsverhalten geometrisch zwischen dem ersten und dem zweiten Abgasreinigungselement verbesserbar sind.
-
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem ein Abgassystemgehäuse auf. Vorzugsweise umgibt dieses Abgassystemgehäuse das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide wenigstens teilweise oder vorzugsweise vollständig. Vorzugsweise ist die Abgasführungseinrichtung innerhalb dieses Abgassystemgehäuse angeordnet, bevorzugt ist die Abgasführungseinrichtung mit dem Abgassystemgehäuse verbunden, besonders bevorzugt stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise schließt die Abgasführungseinrichtung die Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements zusammen mit dem Abgassystemgehäuse fluiddicht gegenüber der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements ab. Insbesondere durch die Abgasführungseinrichtung ergeben sich damit 2 fluidmäßig bzw. strömungstechnisch voneinander getrennte Pfade durch das Abgasreinigungssystem und dadurch ist insbesondere der Strömungswiderstand absenkbar.
-
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasführungseinrichtung als ein Blechbiegeteil insbesondere ein dreidimensional geformtes Blechbiegeteil ausgebildet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide als Abgaspartikelfilter ausgebildet. Insbesondere durch wenigstens einen Abgaspartikelfilter ist die Partikelanzahl innerhalb des von der Verbrennungsmaschine abgegebenen Abgasstroms verringerbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide als Abgaskatalysator ausgebildet. Vorzugsweise ist unter einem Abgaskatalysator eine Einrichtung zur Umwandlung insbesondere schädlicher Inhaltsstoffe der Abgase der Verbrennungskraftmaschine in weniger schädliche Stoffe zu verstehen. Derartige Abgaskatalysatoren sind aus dem Stand der Technik insbesondere als Oxidationskatalysatoren bekannt. Weiter vorzugsweise weist eine Ausführungsform des Abgasreinigungssystems wenigstens einen Abgaspartikelfilter und wenigstens einen Abgaskatalysator auf.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem einen Abgasstromsammler auf. Vorzugsweise weist ein derartiger Abgasstromsammler eine Abgasabströmöffnung auf. Dabei ist diese Abgasabströmöffnung insbesondere derart eingerichtet dass durch diese ein Abgasstrom planmäßig aus dem Abgasreinigungssystem ausströmen kann. Weiter vorzugsweise strömt durch diese Abgasabströmöffnung der gesamte dem Abgasreinigungssystem zugeführte Abgasstrom aus diesem ab. Weiter vorzugsweise verbindet der Abgasstromsammler den zweiten Abgasteilstromkanal und eine Abgasaustrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements fluidleitend mit dieser Abgasabströmöffnung.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem einen Abgasstromteiler auf. Vorzugsweise weist der Abgasstromteiler eine Abgaszutrittsöffnung auf. Dabei ist diese Abgaszutrittsöffnung vorzugsweise dazu eingerichtet, dass durch diese ein Abgasstrom, welcher von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird in das Abgasreinigungssystem eintreten kann. Vorzugsweise verbindet dieser Abgasstromteiler den ersten Abgasteilstromkanal und eine Abgaseintrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements fluidleitend mit dieser Abgaszutrittsöffnung.
-
Vorzugsweise sind der Abgasstromteiler oder der Abgasstromsammler oder beide wenigstens teilweise oder vollständig als Blechbauteil ausgebildet.
-
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind der Abgasstromteiler oder der Abgasstromsammler oder beide dem Abgassystemgehäuse stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist eine derartige stoffschlüssige Verbindung durch ein Schweißverfahren herstellbar. Weiter vorzugsweise sind der Abgasstromsammler oder der Abgasstromteiler oder beide einstückig mit dem Abgassystemgehäuse ausgebildet. Insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung ist so eine fluiddicht Verbindung der Bauteile untereinander herstellbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Abgasteilstromkanal oder der zweite Abgasteilstromkanal oder beide, wenigstens abschnittsweise oder vollständig, von dem Abgassystemgehäuse und von der Abgasführungseinrichtung begrenzt. Weiter vorzugsweise liegt eine derartige Begrenzung insbesondere in dem Bereich eines der Abgasteilstromkanäle vor in welchem diese neben, bzw. parallel, zu einem der Abgasreinigungselemente angeordnet sind.
-
Einzelne Merkmale der Erfindung sind in den teilweise schematisierten Figuren dargestellt und nachfolgend näher erläutert, dabei zeigt:
-
1, eine perspektivische Schnittdarstellung eines Abgasreinigungssystems in dem der Wege eines ersten Teilabgasstroms eingezeichnet ist,
-
2, eine perspektivische Schnittdarstellung eines Abgasreinigungssystems in dem der Wege eines zweiten Teilabgasstroms eingezeichnet ist,
-
3, eine perspektivische Schnittdarstellung eines Abgasreinigungssystems ohne eine Abgasführungseinrichtung,
-
4 eine Schnittdarstellung in der Projektionsebene,
-
5 eine Längsschnittdarstellung in der Draufsicht.
-
In 1 ist ein Abgasreinigungssystem dargestellt, dabei tritt ein Abgasstrom 1 von einer Verbrennungskraftmaschine in diese ein und verlässt als gereinigter Abgasstrom 2 das Abgasreinigungssystem. Die obere Hälfte des Abgassystemgehäuses 12 ist in halb transparenter Weise dargestellt und gibt so den Blick auf das erste Abgasreinigungselement 6 frei.
-
Durch das erste Abgasreinigungselement 6 strömt der erste Teilabgasstrom 5. Dieser Teilabgasstrom 5 wird durch die Abgasführungseinrichtung 14 um das zweite Abgasreinigungselement (nicht dargestellt) herum geleitet. Dabei strömt der erste Teilabgasstrom 5 durch den, neben dem zweiten Abgasreinigungselement angeordneten, zweiten Abgasteilstromkanal 16. Der ungereinigte Abgasstrom 1 von der Verbrennungskraftmaschine tritt über den Abgasstromteiler 3 in das Abgasreinigungssystem ein. Im Abgasstromteiler 3 wird der ungereinigte Abgasstrom 1 in einen ersten Teilabgasstrom 5 und in einen zweiten Teilabgasstrom aufgeteilt. Der gereinigte Abgasstrom 2 tritt durch den Abgasstromsammler 4, in welchem diese beiden Teilabgasströme wieder zusammengeführt werden, aus dem Abgasreinigungssystem aus.
-
In 2 ist ein Abgasreinigungssystem, wie dieses aus 1 bekannt ist, dargestellt. Dabei ist die obere Hälfte Abgassystemgehäuse 12 nicht dargestellt und die Abgasführungseinrichtung 14 ist halbtransparent dargestellt, so dass nun das erste Abgasreinigungselement 6 und das zweite Abgasreinigungselement 11 erkennbar sind. Der übersichtshalber ist der erste Teilabgasstrom 5 in 2 nicht dargestellt. Der zweite Teilabgasstrom 8, wird durch den neben dem ersten Abgasreinigungselement 6 angeordneten ersten Abgasteilstromkanal 13 an diesem vorbeigeführt und durch die Abgasführungseinrichtung 14 dem zweiten Abgasreinigungselement 11 zugeleitet. Dabei sind die beiden Abgasreinigungselemente 6, 11 geometrisch hintereinander angeordnet und werden strömungstechnisch durch die beiden Teilabgasströme 5, 8 parallel durchströmt.
-
Der ungereinigte Abgasstrom 1 tritt in den Abgasstromteiler 3 durch die Abgaszutrittsfläche 9 ein und der gereinigte Abgasstrom 2 verlässt den Abgasstromsammler 4 durch die Abgasabströmöffnung 10. Damit verbindet die Abgasführungseinrichtung 14 zusammen mit dem Abgassystemgehäuse 12 die Abgasaustrittsfläche 7 des ersten Abgasreinigungselements 6 mit dem Abgasteilstromkanal 16, sowie die Abgaseintrittsfläche 15 des zweiten Abgasreinigungselements 11 mit dem ersten Abgasteilstromkanal 13.
-
In 3 ist das gleiche Abgasreinigungssystem wie in den 1 und 2 dargestellt, jedoch ist nur die untere Hälfte des Abgassystemgehäuses 12 dargestellt, die obere Hälfte dieses Abgassystemgehäuse und die Abgasführungseinrichtung 14 sind ausgeblendet. Die Projektionsebene 31 ist orthogonal zu der Längsachse 35 angeordnet. Dabei ist die Längsachse 35 die Längsachse des ersten Abgasreinigungselements 6 und des zweiten Abgasreinigungselements 11. Diese Längsachse 35 weist einen Durchstoßpunkt 34 in der Projektionsebene 31 auf. Die Achse 30 verläuft durch den ersten Abgasteilstromkanal 13 und durch den zweiten Abgasteilstromkanal 16 ist achsparallel zur Längsachse 35 aber inkongruent zu dieser ausgerichtet, sodass die Abgasteilstromkanäle 13, 16 geometrisch neben den Abgasreinigungselementen 6, 11 angeordnet sind.
-
In 4 ist eine Querschnittsansicht des Abgasreinigungssystems dargestellt. Das erste Abgasreinigungselement 6 ist dabei vom Abgassystemgehäuse 12 umgeben. Weiter ist der erste Abgasteilstromkanal 13 von diesem Gehäuse 12 umgeben und weist eine erste Abgasdurchtrittsfläche 20 auf, welche von dem ersten Teilabgasstrom 8 durchströmbar ist. Tangential an das erste Abgasreinigungselement 6 ist die erste Tangentialebne 33 und die zweite Tangentialebene 32 angeordnet. Diesen beiden Tangentialebenen 33, 32 sind parallel zueinander ausgerichtet und orthogonal zur Projektionsebene 31 (= Darstellungsebenen). Weiter ist sowohl der erste Abgasteilstromkanal 8 und der zweite Abgasteilstromkanal (nicht dargestellt) innerhalb des Zwischenraums zwischen diesen Tangentialebenen angeordnet.
-
In 5 ist eine Schnittdarstellung in Draufsicht des Abgasreinigungssystems dargestellt, um die Wege des Abgasstroms durch diese näher zu erläutern. Der ungereinigte Abgasstrom 1 tritt durch die Abgaszutrittsöffnung 9 in den Abgasstromteiler 3 ein und wird dort in den ersten Teilabgasstrom 5 und den zweiten Teilabgasstrom 8 aufgeteilt.
-
Der erste Teilabgasstrom 5 durchströmt zunächst das erste Abgasreinigungselement 6 und wird nachdem er dieses verlassen hat und gereinigt ist, durch die Abgasführungseinrichtung 14 in den zweiten Abgasteilstromkanal 16 geleitet. Der zweite Abgasteilstromkanal 16 weist eine Abgasdurchtrittsfläche 18, welche von diesem Teilabgasstrom 5 durchströmbar ist, auf.
-
Der zweite Teilabgasstrom 8 tritt zunächst in den ersten Abgasteilstromkanal 13 ein, dieser weist eine weitere Abgasdurchtrittsfläche 17 auf, welche von Abgas durchströmbar ist. Durch die Abgasführungseinrichtung 14 wird der zweite Teilabgasstrom 8 dem zweiten Abgasreinigungselement 11 zugeführt und durch dieses beim Durchströmen gereinigt.
-
Nach dem Austreten aus dem zweiten Abgasreinigungselement 11, wird der erste und der zweite Teilabgasstrom 5, 8 im Abgasstromsammler 4 zusammengeführt und verlässt als gereinigter Abgasstrom 2 durch die Abgasabströmöffnung 10 das Abgasreinigungssystem.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10329436 A1 [0001, 0004]
