DE102019112911B3

DE102019112911B3 - Leitgitter für einen Abgasbrenner eines Kraftfahrzeugs, Abgasbrenner für ein Kraftfahrzeug umfassend ein solches Leitgitter und Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasbrenner

Info

Publication number: DE102019112911B3
Application number: DE102019112911.7A
Authority: DE
Inventors: Uli Sofan
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2039-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leitgitter (20) für einen Abgasbrenner (100) eines Kraftfahrzeugs. Das Leitgitter (20) ist aus wenigstens zwei Schichten (22, 24) gebildet, wobei die zwei Schichten (22, 24) in wenigstens einer definierten Richtung eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitgitter für einen Abgasbrenner eines Kraftfahrzeugs, einen Abgasbrenner für ein Kraftfahrzeug umfassend ein solches Leitgitter und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Abgasbrenner.
In Kraftfahrzeugen werden häufig zur Verbesserung der Emissionswerte Abgaszuheizer beispielsweise in der Form eines Abgasbrenners eingesetzt. Die in einem solchen Abgasbrenner vorherrschende Temperatur kann im Betrieb des Abgasbrenners deutlich ansteigen, wodurch sich auch die fluidführenden Teile des Abgasbrenners erwärmen. Eine Folge dieser Erwärmung ist ein sich erhöhender Fluid-Volumenstrom bei konstant bleibendem Fluid-Massenstrom.
Leitgitter der eingangs genannten Art werden häufig dazu genutzt, um einen Fluidstrom in eine definierte Richtung umzulenken. Aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel aus der US 2014/0 220 501 A1 , sind Leitgitter bekannt, welche feststehende Schaufeln umfassen. Strömt im Inneren des Abgasbrenners das Fluid durch ein Leitgitter mit feststehenden Schaufeln kann der Drall der Fluidströmung unvorteilhaft verändert werden.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel aus der US 2008/0 087 013 A , Leitgitter mit variabel verstellbaren Schaufeln bekannt. Die Schaufeln werden in üblicher Weise mittels eines Aktors verstellt, der durch eine Steuerung angesteuert werden kann, um den Winkel der Schaufeln verändern zu können.
Darüberhinaus ist aus der DE 10 2005 049 778 A1 eine verstellbare Abgasstrom-Leitvorrichtung mit mindestens einem Klappensegment zur gerichteten Anströmung und Beheizung eines Katalysatorkörpers bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leitgitter bereitzustellen, welches einfach herzustellen und kostengünstig ist und bei welchem sich der Drall der Fluidströmung in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur des Leitgitters einstellen lässt.
Die Aufgabe wird durch ein Leitgitter nach Anspruch 1, ein Abgasbrenner nach Anspruch 7 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 9 gelöst.
Das erfindungsgemäße Leitgitter ist aus wenigstens zwei Schichten gebildet, wobei die zwei Schichten in wenigstens einer definierten Richtung eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen.
Durch das erfindungsgemäße Leitgitter lässt sich die Fluidströmung, bzw. der Drall der Fluidströmung in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur des Leitgitters einstellen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Leitgitter einen Grundkörper und wenigstens eine mit dem Grundköper verbundene Schaufel.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der zwei Schichten des Leitgitters kann die Orientierung der Schaufeln in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Leitgitters verändert werden.
Vorzugsweise erstreckt sich der Grundkörper im Wesentlichen in einer ersten Ebene und die wenigstens eine Schaufel im Wesentlichen in einer zweiten Ebene, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene einen Winkel bilden, der in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur des Leitgitters variabel ist.
Durch diese Ausgestaltung kann das Leitgitter abhängig von der Umgebungstemperatur den durch die Schaufel vorgegebenen Strömungswinkel des Fluids verändern. So kann eine feste Zuordnung zwischen der Umgebungstemperatur des Leitgitters und dem daraus resultierenden Strömungswinkel der Schaufel hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die zwei Schichten jeweils aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet.
Vorzugsweise sind die zwei Schichten jeweils aus demselben Werkstoff gebildet, wobei die Schichten jeweils in einer ersten Richtung eine erste Wärmeausdehnung aufweisen und in einer zweiten Richtung eine zweite Wärmeausdehnung aufweisen und wobei die erste Wärmeausdehnung sich von der zweiten Wärmeausdehnung unterscheidet.
Je nach Anordnung der zwei Schichten und der für diese zwei Schichten verwendeten Werkstoffe kann festgelegt werden, ob sich der zwischen den Schaufeln und dem Grundkörper gebildete Winkel bei steigender Temperatur verringert oder vergrößert. So kann bei dem erfindungsgemäßen Leitgitter, dessen Durchströmung mit Fluid radial, axial oder gemäß einer radialen und axialen Richtungskomponente erfolgt, sich der Strömungswinkel bzw. der Winkel zwischen den Schaufeln und dem Grundkörper bei sich ändernder Umgebungstemperatur definiert verändern.
In einer bevorzugten Ausgestaltung bilden die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel, der ca. 90° beträgt.
Die Erfindung betrifft ferner einen Abgasbrenner für ein Kraftfahrzeug umfassend ein erfindungsgemäßes Leitgitter.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Abgasbrenner ferner eine Brennkammer und eine Kraftstoffeindosierung, die in die Brennkammer mündet, wobei das Leitgitter in Fluidströmungsrichtung vor der Brennkammer und/oder vor der Kraftstoffeindosierung angeordnet ist.
Letztlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug umfassend einen erfindungsgemäßen Abgasbrenner.
Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Leitgitters, des erfindungsgemäßen Abgasbrenners und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei veranschaulicht:

1: einen anmeldungsgemäßen Abgasbrenner nach dem Ausführungsbeispiel;
2a: ein anmeldungsgemäßes Leitgitter nach dem Ausführungsbeispiel mit geringfügig geöffneten Schaufeln;
2b: eine Schnittansicht aus 2a gemäß der Schnittlinie A-A;
3a: das Leitgitter nach dem Ausführungsbeispiel mit maximal geöffneten Schaufeln; und
3b: eine Schnittansicht aus 3a gemäß der Schnittlinie B-B.

Die Anmeldung betrifft ein Leitgitter 20 für einen Abgasbrenner 100 eines Kraftfahrzeugs, einen Abgasbrenner 100 für ein Kraftfahrzeug umfassend ein anmeldungsgemäßes Leitgitter 20 und ein Kraftfahrzeug umfassend einen anmeldungsgemäßen Abgasbrenner 100.
Das anmeldungsgemäße Leitgitter 20 ist aus wenigstens zwei Schichten 22, 24 gebildet, wobei die zwei Schichten 22, 24 in wenigstens einer definierten Richtung eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen.
Das anmeldungsgemäße Leitgitter 20 kann einen Grundkörper 28 und wenigstens eine mit dem Grundköper 28 verbundene Schaufel 26 umfassen.
Das anmeldungsgemäße Leitgitter 20 kann im Wesentlichen Scheibenförmig ausgebildet sein und mit einer Öffnung 21 versehen sein. Die Öffnung 21 kann kreisrund ausgebildet sein und mittig am Leitgitter 20 angeordnet sein.
Um die Öffnung 21 herum können in Umfangsrichtung in gleichbleibenden Abständen mehrere Schaufeln 26 angeordnet sein. Das Leitgitter 20 nach dem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise mit zwölf Schaufeln 26 versehen, die in Umfangsrichtung des Leitgitters 20 in gleichbleibenden Abständen gebildet sind.
Die wenigstens zwei Schichten 22, 24 können miteinander verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sein. Das anmeldungsgemäße Leitgitter 20 verändert abhängig von einer Umgebungstemperatur des Leitgitters 20 seine Form durch Verbiegung.
Die zwei Schichten 22, 24 mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung verlängern sich bei Erwärmung um unterschiedliche Strecken. Durch die Verbindung der zwei Schichten 22, 24 führt die unterschiedliche Verlängerung zu einer Verbiegung des Leitgitters 20.
Die Schaufel 26 kann durch Umformung des Leitgitters 20, insbesondere durch Stanzen des Leitgitters 20 gebildet sein
Der Grundkörper 28 des Leitgitters 20 kann sich im Wesentlichen in einer ersten Ebene E1 erstrecken und die wenigstens eine Schaufel 26 kann sich im Wesentlichen in einer zweiten Ebene E2 erstrecken. Die erste Ebene E1 und die zweite Ebene E2 bilden einen Winkel β, der in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Leitgitters 20 variabel ist. Diese Ausgestaltung ist insbesondere aus den 2b und 3b ersichtlich.
Die zwei Schichten 22, 24 können jeweils aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sein.
Alternativ können die zwei Schichten 22, 24 jeweils aus demselben Werkstoff gebildet sind, wobei die Schichten 22, 24 jeweils in einer ersten Richtung eine erste Wärmeausdehnung aufweisen und in einer zweiten Richtung eine zweite Wärmeausdehnung aufweisen, wobei vorzugsweise die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel bilden, der ca. 90° beträgt. Die erste Wärmeausdehnung unterscheidet sich dabei von der zweiten Wärmeausdehnung, derart, dass sich das Leitgitter 20 abhängig von der Umgebungstemperatur verformt.
So kann beispielsweise jede der Schichten 22, 24 in einer Längsrichtung eine erste Wärmeausdehnung aufweisen und in einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung eine zweite Wärmeausdehnung aufweisen, wobei die erste Wärmeausdehnung und die zweite Wärmeausdehnung unterschiedlich sind. Werden nun die zwei Schichten 22, 24 um 90° versetzt übereinander angeordnet, sodass beispielsweise die Längsrichtung der ersten Schicht 22 parallel zu der Querrichtung der zweiten Schicht ausgerichtet wird, so dehnt sich die erste Schicht 22 in Längsrichtung unterschiedlich aus als die zweite Schicht 24 in Querrichtung, wodurch sich das Leitgitter 20 verformt.
Die 2a und 2b zeigen eine geringfügig geöffnete Stellung der Schaufeln 26. D.h., dass der Winkel β in diesem Fall klein bemessen ist.
Die 3a und 3b zeigen vollständig geöffnete Schaufeln 26. D.h., dass der Winkel β in diesem Fall maximal bemessen ist.
Die Anmeldung betrifft ferner einen Abgasbrenner 100 für ein Kraftfahrzeug umfassend ein anmeldungsgemäßes Leitgitter 20. Der anmeldungsgemäße Abgasbrenner 100 ist in 1 wiedergegeben.
Der Abgasbrenner 100 umfasst einen Fluideintritt 102, durch welchen in der Regel Prozessluft eintritt. An den Fluideintritt 102 schließt sich in Fluiddurchströmungsrichtung F ein in einem Gehäuse 106 des Abgasbrenners 100 gebildeter Luftspalt 104 an. Das Fluid strömt durch den Luftspalt 104 an der Außenseite des Gehäuses 106 des Abgasbrenners 100 entlang und erwärmt sich dabei.
Der anmeldungsgemäße Abgasbrenner 100 kann ferner eine Brennkammer 120 und eine Kraftstoffeindosierung 140, die in die Brennkammer 120 mündet, umfassen, wobei das Leitgitter 20 in Fluidströmungsrichtung F vor der Brennkammer 120 und/oder vor der Kraftstoffeindosierung 140 angeordnet ist.
Der Luftspalt 104 mündet in das Leitgitter 20. Das Leitgitter 20 bewirkt eine Drallströmung D des Fluids. Nach dem Durchströmen des Leitgitters 20 gelangt das Fluid zu einer Austrittsdüse 142 der Kraftstoffeindosierung 140. Aus der Austrittsdüse 142 tritt Kraftstoff in die Brennkammer 120 ein, wo es sich mit dem Fluid vermischt und verbrennt. Nach der Verbrennung gelangt das durch die Verbrennung entstehende Gas zu einer Austrittsöffnung 108 des Abgasbrenners 100.
Der Luftspalt 104 kann durch eine Brennkammerwand 105 von der Brennkammer 120 getrennt sein. Über die Brennkammerwand 105 kann ein Wärmeaustausch zwischen dem im Luftspalt 104 befindlichen Fluid und der Brennkammer 120 erfolgen. Das Fluid erwärmt sich kontinuierlich beim Fließen durch den Luftspalt 104.
Letztlich betrifft die Anmeldung ein Kraftfahrzeug umfassend einen anmeldungsgemäßen Abgasbrenner 100.

Claims

Leitgitter für einen Abgasbrenner (100) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitgitter (20) aus wenigstens zwei Schichten (22, 24) gebildet ist, wobei die zwei Schichten (22, 24) in wenigstens einer definierten Richtung eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen.
Leitgitter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Grundkörper (28) und wenigstens eine mit dem Grundköper (28) verbundene Schaufel (26).
Leitgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Grundkörper (28) in einer ersten Ebene (E1) erstreckt und sich die wenigstens eine Schaufel (26) in einer zweiten Ebene (E2) erstreckt, wobei die erste Ebene (E1) und die zweite Ebene (E2) einen Winkel (β) bilden, der in Abhängigkeit einer Umgebungstemperatur des Leitgitters (20) variabel ist.
Leitgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schichten (22, 24) jeweils aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sind.
Leitgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schichten (22, 24) jeweils aus demselben Werkstoff gebildet sind, wobei die Schichten (22, 24) jeweils in einer ersten Richtung eine erste Wärmeausdehnung aufweisen und in einer zweiten Richtung eine zweite Wärmeausdehnung aufweisen und wobei die erste Wärmeausdehnung sich von der zweiten Wärmeausdehnung unterscheidet.
Leitgitter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung und die zweite Richtung einen Winkel bilden, der 90° beträgt.
Abgasbrenner für ein Kraftfahrzeug umfassend ein Leitgitter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Abgasbrenner nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Brennkammer (120) und eine Kraftstoffeindosierung (140), die in die Brennkammer (120) mündet, wobei das Leitgitter (20) in Fluidströmungsrichtung (F) vor der Brennkammer (120) und/oder vor der Kraftstoffeindosierung (140) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug umfassend einen Abgasbrenner (100) nach einem der Ansprüche 7 oder 8.