DE19518536A1 - Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung von Verbrennungsmotorabgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung von Verbrennungsmotorabgasen, mit:

• (a) einem Gehäuse, das aufweist:
• (b) einen Halterungsbereich, in dem ein Abgasbehandlungskörper im Gehäuse gehaltert ist;
• (c) strömungsaufwärts von dem Halterungsbereich einen sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorderen Übergangsbereich;
• (d) und strömungsabwärts von dem Halterungsbereich einen sich in Strömungsrichtung verengenden, hinteren Übergangsbereich.

Solche Abgasreinigungsvorrichtungen werden in zunehmendem Maße in Abgasanlagen von Ottomotoren und Dieselmotoren eingebaut. Im ersteren Fall erfüllt der Abgasbehandlungskörper den Zweck, durch katalytisch induzierte chemische Reaktionen dem Abgas Stickoxide und Kohlenmonoxid zu entziehen. Im zweiten Fall filtert der Abgasbehandlungskörper durch mechanische Filterung Rußpartikel aus dem Abgas.

Der vordere und der hintere Übergangsbereich schaffen den Strömungsanschluß des Abgasbehandlungskörpers, der in den allermeisten Fällen einen deutlich größeren Querschnitt besitzt als die zu- und abführende Rohrleitung. Dabei ist besonders wichtig, daß für eine gleichmäßige Beaufschlagung über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers gesorgt ist. Eine ungleichmäßige Beaufschlagung verschiedener Zonen über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers kann nicht nur zu einer schlechteren Reinigung des Abgases, sondern auch zu einer ungleichmäßigen Alterung des Abgasbehandlungskörpers führen, ja im Extremfall einer lokal verstärkten Beaufschlagung bei hoher Last lokal zu einer Hitzezerstörung des Abgasbehandlungskörpers.

Das hat bei den Abgasreinigungsvorrichtungen des Stands der Technik dazu geführt, daß insbesondere der vordere Übergangsbereich je nach dem Querschnittsverhältnis zwischen Abgasbehandlungskörper und Rohrleitung eine bestimmte Minimallänge besitzen muß, um eine allmähliche Aufweitung des Abgasstroms zu gewährleisten. Ein Unterschreiten dieser Mindestlänge führt zu einem Strömungsabriß und dazu, daß der Abgasstrom nicht optimal aufgeweitet wird. Die Folge ist eine unterschiedliche Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörper über seinen Querschnitt. Andererseits erschwert für die bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen ein zu kurzer hinterer Übergangsbereich die Strömung für einen erhebliche Teil des Ausströmquerschnitts des Abgasbehandlungskörpers, so daß ein Ausströmen im wesentlichen nur aus den Zonen des Abgasbehandlungskörperquerschnitts erfolgen kann, die der Abströmöffnung gegenüberliegen. Zudem hat sich gezeigt, daß in dem hinteren Übergangsbereich, dort wo die Verengung zum Abschluß kommt, besonders die von den Randbereichen zuströmenden Abgase noch eine Strömungskomponente in Richtung Strömungsmitte aufweisen, was eine Einschnürung der Strömung nach sich zieht.

Andererseits stellt gerade die Automobilindustrie zunehmende Anforderungen an die räumlichen Baumaße der Abgasreinigungsvorrichtungen. Zum einen ist das Platzangebot am Unterboden der modernen Fahrzeuge deutlich beschränkt, andererseits führen größere Flächen zu einer erhöhten Schallemission und zu einer erhöhten Temperaturemission, die ihrerseits die Funktionsfähigkeit des Katalysators beeinträchtigen kann.

Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer gleichmäßigeren Ausnutzung des Abgasbehandlungskörpers über seinen Querschnitt zu schaffen, deren hinterer und/oder vorderer Übergangsbereich besonders kurz sein können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch erfüllt, daß der hintere Übergangsbereich zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers für eine Zone mit einer Strömungserschwerungseinrichtung versehen ist. In dem hinteren Übergangsbereich wird also für eine Querschnittszone des Abgasbehandlungskörpers, durch die ohne die erfindungsgemäße Ausbildung des hinteren Übergangsbereichs das Abgas besonders schnell strömen würde, eine Strömungserschwerungseinrichtung vorgesehen. Die Strömungserschwerungseinrichtung erhöht gezielt für diese Zone den Widerstand, die Auswirkungen davon machen sich insbesondere auch in dem vorderen Übergangsbereich bemerkbar, so daß das zuströmende Abgas gleichmäßiger auf den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers verteilt wird. Mittels der Strömungserschwerungseinrichtung läßt sich die Strömung durch den Abgasbehandlungskörper derart beeinflussen, daß für einen bestimmten Betriebszustand im Strömungsgleichgewicht eine sehr ausgeglichene Auslastung über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers erreicht ist.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die Wand des hinteren Übergangsbereichs als Strömungserschwerungseinrichtung auszubilden. Dazu wird die Wand des hinteren Übergangsbereichs so gestaltet, daß sie in solchen Zonen, die ohne den erfindungsgemäßen hinteren Übergangsbereich des Gehäuses besonders schnell durchströmt würden, näher an der Austrittsöffnung des Abgasbehandlungskörpers vorgesehen ist als an anderen Zonen, die langsamer durchströmt würden.

Für den Fall, daß die Zuströmöffnung und die Abströmöffnung des Gehäuses bezüglich der Strömungsrichtung im Abgasbehandlungskörper gegeneinander versetzt sind, ist es bevorzugt, die Wand des hinteren Übergangsbereichs für eine zentrale Zone näher als eine außenliegende ringförmige Zone an den Abgasbehandlungskörper heranreichen zu lassen, so daß für die außenliegende Zone ein ringförmiger Kanal gebildet ist, von dem aus die Abströmöffnung wegführt. Bei dieser Ausbildung wird für die ringförmige äußere Zone, die bei der Verwendung eines konventionellen hinteren Übergangsbereichs strömungsmäßig eine untergeordnete Rolle spielen würde, ganz gezielt ein bevorzugter Strömungsweg hergestellt, was zu der Vergleichmäßigung der Strömung über den gesamten Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers führt. Diese Aiisbildung hat darüber hinaus den ganz besonders großen Vorteil, daß eine äußerst effiziente Strömungsbeeinflussung in dem hinteren Übergangsbereich vorgenommen wird, so daß sowohl der vordere als auch der hintere Übergangsbereich, oder auch nur einer der beiden, im Verhältnis zu dem zu überwindenden Querschnittsübergang extrem kurz ausgebildet sein kann.

Es kann auch bevorzugt sein, im hinteren Übergangsbereich ein Einbauteil als Strömungserschwerungseinrichtung vorzusehen. Nach einem ähnlichen Prinzip wie der Strömungsbeeinflussung durch die Rückwand des Übergangsbereichs kann die Strömungsbeeinflussung auch durch zusätzliche Einbauteile vorgenommen sein.

Das Einbauteil kann beispielsweise in der Form einer Platte als Strömungshindernis in einer zentralen Zone vorgesehen sein. Es ist aber auch bevorzugt, das Einbauteil als ein ringförmiges, sich in Strömungsrichtung verjüngendes Abgas-Leitelement vorzusehen. Das Verhältnis der Einströmfläche des Abgas-Leitelements zu dessen Auströmfläche bestimmt die Widerstandserhöhung für die davorliegende Zone des Querschnitts des Abgasbehandlungskörpers. Die ringförmige außenliegende Querschnittszone des Abgasbehandlungskörpers wird dann stärker durchströmt, als das bei konventionellen Abgasreinigungsvorrichtungen der Fall wäre, und die Beaufschlagung über den Querschnitt ist vergleichmäßigt. Einbauteile im hinteren Übergangsbereich sind besonders dann bevorzugt, wenn die Zuströmöffnung und die Abströmöffnung in Strömungsrichtung betrachtet im wesentlichen nicht gegeneinander versetzt sind. Sie haben außerdem den Vorteil, daß sie in Abgasreinigungsvorrichtungen, wie sie bereits in Fahrzeugen verwendet werden und deren Einbaumaße und Außenform vorgegeben ist, nachträglich im Zuge einer Detailverbesserung eingebracht werden können, und dadurch, daß Abgasbehandlungskörper von im wesentlichen gleicher Größe und gleichem Volumen über ihren Strömungsquerschnitt gleichmäßiger beaufschlagt werden, zu einer merklichen Erhöhung der Lebensdauer der Abgasbehandlungskörper führen.

Ganz besonders bevorzugt ist ein Einbauteil, das zur Variierung der Strömungserschwerung verstellbar ist. Es gibt auch Fahrzustände, bei denen eine ungleichmäßige Beaufschlagung über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers erwünscht ist. Ein Katalysator beispielsweise benötigt eine gewisse Mindesttemperatur für eine wirksame Reinigung der Abgase. Bei einem Kaltstart oder bei Betrieb unter geringer Last kann das Einbauteil so gestellt sein, daß eine Strömungserschwerung so gut wie nicht erfolgt. Dann wird eine Kernzone des Katalysators bevorzugt durchströmt, die schnell die gewünschte Betriebstemperatur erreicht, oder die Strömungserschwerung wird so variiert, daß für eine Kernzone die Betriebstemperatur aufrechterhalten wird. Das führt zu einer optimalen Abgasreinigung.

Es ist besonders bevorzugt, wenn das Einbauteil last- und/oder temperatur- und/oder drehzahlabhängig verstellbar ist. Im Falle einer temperaturabhängigen Verstellung ist als Verstellglied ein Bimetallelement in dem Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung bevorzugt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der hintere Übergangsbereich dort, wo er an den Halterungsbereich anschließt, derart ausgebildet ist, daß das Abgas an der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers im wesentlichen behinderungsfrei ausströmen kann;
und daß der hintere Übergangsbereich dort, wo die Verengung zum Abschluß kommt, einen derart sanft gerundeten Übergang hat, daß eine Strömungseinschnürung im wesentlichen vermieden ist.

Es wurde festgestellt, daß insbesondere im hinteren Übergangsbereich es einen besonders günstigen Einfluß auf die gleichmäßige Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers hat, wenn das Abgas, insbesondere aus der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers, im wesentlichen ungehindert ausströmen kann, und dort, wo die Verengung zum Abschluß kommt, derart sanft umgelenkt wird, daß eine Strömungseinschnürung durch Massenkräfte, z. B. in dem Anfangsbereich der wegführenden Abgasleitung, im wesentlichen vermieden ist.

Es ergeben sich weiterhin Vorteile, wenn der vordere Übergangsbereich, in dem sich das Gehäuse von dem Querschnitt der Zuströmöffnung auf den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers erweitert, länger ist als der hintere Übergangsbereich, in dem sich das Gehäuse von dem Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers auf den Querschnitt der Abströmöffnung verengt. Damit kann die schlechtere Strömungsleitfunktion des vorderen Übergangsbereichs im Verhältnis zu dem hinteren Übergangsbereich kompensiert werden. So kann der vordere Übergangsbereich sechsmal so lang sein wie der hintere Übergangsbereich, oder noch länger. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Gestaltung des vorderen und des hinteren Übergangsbereichs einander beeinflussen, d. h. ist der hintere Übergangsbereich besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Vergleichmäßigung der Strömung über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers gestaltet, so ist die Ausbildung des vorderen Übergangsbereichs nicht mehr so kritisch.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen (a) bis (d) erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Übergangsbereich und der hintere Übergangsbereich auf der gleichen Seite des Halterungsbereichs vorgesehen sind und daß auf der gegenüberliegenden Seite des Halterungsbereichs ein Strömungsumlenkbereich vorgesehen ist, so daß die Abgasströmung nacheinander einen ersten Abgasbehandlungskörper-Strömungsbereich und einen danebenliegenden, zweiten Abgasbehandlungskörper- Strömungsbereich durchströmt. Durch diese Art des Aufbaus der Abgasreinigungsvorrichtung wird eine äußerst kompakte Bauweise ermöglicht. Insbesondere können die Übergangsbereiche kleiner gebaut werden, da bei dem gleichen durchströmten Katalysatorvolumen der Einströmquerschnitt in den Katalysator kleiner ist. Das günstigere Verhältnis zwischen dem Querschnitt der Rohrleitung und dem Querschnitt des Strömungsbereichs führt zudem zu einer gleichmäßigeren Beaufschlagung über den Querschnitt. Zudem liegt ein weiterer Vorteil darin, daß der Strömungsumlenkbereich eine Mischstrecke für das Abgas zwischen den Strömungsbereichen bildet. Als Folge der Durchmischung werden in dem zweiten Strömungsbereich die Abgase effizienter gereinigt. Durch die große Richtungsänderung in dem Strömungsumlenkbereich ergibt sich eine besonders gute Durchmischung des Abgases.

Es ist bevorzugt, einen Abgasbehandlungskörper vorzusehen, der mit einem Teil seines Querschnitts den ersten Strömungsbereich und mit dem restlichen Teil seines Querschnitts den zweiten Strömungsbereich bildet. Dieser Aufbau erleichtert eine rationelle Herstellung aus möglichst wenigen Einzelteilen. Zudem können dann besonders vorteilhaft die Abgasbehandlungskörper mit ovalem Querschnitt eingesetzt werden, wie sie im Kraftfahrzeugbereich gebräuchlich sind. Wird ein derartiger ovaler Abgasbehandlungskörper in zwei im wesentlichen gleich große Strömungsbereiche geteilt, so weicht der Querschnitt jedes Strömungsbereichs nur wenig von der Kreisform ab, was für eine gleichmäßigen Beaufschlagung über den Querschnitt günstig ist.

Es kann auch bevorzugt sein, einen ersten Abgasbehandlungskörper vorzusehen, der den ersten Strömungsbereich bildet und einen zweiten Abgasbehandlungskörper vorzusehen, der den zweiten Strömungsbereich bildet. Kleinere Abgasbehandlungskörper sind in ihrer Herstellung häufig günstiger als große Abgasbehandlungskörper. Außerdem können die Übergangsbereiche besser an die einzelnen Strömungsbereiche angeschlossen werden.

Die Erfindung ermöglicht die Unterbringung der Abgasbehadlungsvorrichtung in räumlichen Situationen, die mit herkömmlichen Ausbildungen nicht oder deutlich schlechter bewältigbar waren. So ist es möglich, daß mindestens einer der beiden Übergangsbereiche schräg zu der Durchströmungsrichtung des Abgasbehandlungskörpers verläuft. Wenn beide Übergangsbereiche einander entgegengesetzt schräg zu der Durchströmungsrichtung des Abgasbehandlungskörpers verlaufen, kann die Abgasreinigungsvorrichtung in einem im wesentlichen geradlinig verlaufenden Leitungsabschnitt der Abgasanlage vorgesehen sein. Es ist allerdings auch möglich, beide Übergangsbereiche im wesentlichen parallel zu der Durchströmungsrichtung des Abgasbehandlungskörpers anzuordnen, so daß sich ein insgesamt U-förmiger Verlauf des dortigen Leitungsabschnitts einschließlich Abgasreinigungsvorrichtung ergibt.

Die geschilderten drei Aspekte der Erfindung lassen sich in allen drei Zweierkombinationen und in Dreierkombination miteinander kombinieren.

Es wird darauf hingewiesen, daß die in der vorliegenden Anmeldung offenbarte Strömungsbeeinflussung durch Maßnahmen im Abströmungsbereich nicht nur bei Abgasreinigungsvorrichtungen, sondern insbesondere auch bei Wärmetauschern vorgesehen werden kann, um eine Vergleichmäßigung der Durchströmung des Wärmetauschers zu erreichen.

Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht von rechts in Fig. 1 auf das im Schnitt dargestellte erste Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 4 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 5 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 6 einen Schnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;

Fig. 7 eine Ansicht von oben zum Teil im Schnitt auf ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung; und

Fig. 8 eine Ansicht von vorne zum Teil im Schnitt auf das sechste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.

Das erste Ausführungsbeispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 zeigen die Fig. 1 und 2. Das Gehäuse 4 läßt sich in Strömungsrichtung aneinander anschließend in einen vorderen Übergangsbereich 6, einen Halterungsbereich 8 und einen hinteren Übergangsbereich 10 einteilen. In dem Halterungsbereich 8 ist ein Abgasbehandlungskörper 12 gezeigt. Schematisiert sind in dem Abgasbehandlungskörper 12 durch längsverlaufende Linien Strömungskanäle dargestellt. Die Fig. 1 und 2 zeigen den Abgasbehandlungskörper im wesentlichen als einen in seinem Querschnitt runden Abgasbehandlungskörper 12; es wird jedoch darauf hingewiesen, daß der Abgasbehandlungskörper 12 ebenso eine ovale oder eine eckige Form aufweisen kann. Das Gehäuse 4 der Abgasreinigungsvorrichtung 2 besitzt dann eine daran angepaßte Form.

Bei dem vorderen Übergangsbereich 6 in Fig. 1 erkennt man eine Zuströmöffnung 14. Eine Abströmöffnung 16 ist an dem hinteren Übergangsbereich 10 gezeigt. Die Zuströmöffnung 14 und die Abströmöffnung 16 sind in Strömungsrichtung deutlich gegeneinander versetzt. Besonders deutlich kann man das in Fig. 2 erkennen, in der die Zuströmöffnung 14 in einem Teilbereich mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, in dem sie von dem Gehäuse 4 verdeckt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Zuströmöffnung 14 in die Richtung nach hinter der Zeichenebene offen ist. Die Abströmöffnung 16 ist in der Fig. 2 in Richtung auf den Beobachter hin offen, d. h. der Beobachter kann durch die Abströmöffnung 16 in das Gehäuse 4 auf den Abgasbehandlungskörper 12 blicken. Die Abströmöffnung 16 ist aus diesem Grunde durch ein Linienraster deutlich hervorgehoben. Im Betrieb strömt somit Abgas in Fig. 1 von links nach rechts durch die Abgasreinigungsvorrichtung 2.

Man sieht, daß die Wand des hinteren Übergangsbereichs 10 in einer zentralen Zone 18 näher an dem Abgasbehandlungskörper 12 ist, als in einer außenliegenden ringförmigen Zone 20, von der aus die Abströmöffnung 16 wegführt. Dadurch wird der Strömungswiderstand für eine zentrale Kernzone des Abgasbehandlungskörpers 12 vergrößert, gleichzeitig ist für die außenliegende ringförmige Zone 20 ein ringförmiger Kanal 22 gebildet. Durch diese Ausbildung der Rückwand wird eine Strömungsvergleichmäßigung über den gesamten Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12 erreicht, wohingegen bei einer konventionellen Abgasreinigungsvorrichtung 2, bei der hintere Übergangsbereich 10 ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten vorderen Übergangsbereich 6 ausgebildet ist, die zentrale Zone 18 des Abgasbehandlungskörpers 12, verglichen mit dem restlichen Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12, überdurchschnittlich beaufschlagt ist.

In Fig. 1 ist bei dem hinteren Übergangsbereich 10 mit gestrichelten Linien eine Abwandlung der Abgasreinigungsvorrichtung 2 des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt, mit der auch eine gewisse Vergleichmäßigung der Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12 erzielt werden kann, insbesondere dann, wenn Zuströmöffnung 14 und Abströmöffnung 16 im Verhältnis zu ihrer Größe relativ weit zueinander versetzt sind.

Für die nachfolgenden Figuren werden die bereits in den Fig. 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen beibehalten, und auch die Strömungsrichtung von links nach rechts bleibt wie in Fig. 1.

So zeigt Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung 2, geschnitten dargestellt, mit einem Gehäuse 4, das einen vorderen Übergangsbereich 6, einen Halterungsbereich 8 und einen hinteren Übergangsbereich 10 aufweist, wobei in dem Halterungsbereich 8 ein Abgasbehandlungskörper 12 gehaltert ist.

In dem hinteren Übergangsbereich 10 ist ein Einbauteil 24 gezeigt, das sich über Stützen 26 gegen die Wand des hinteren Übergangsbereichs 10 abgestützt ist. Das Einbauteil 24 ist im wesentlichen als ein Strömungshindernis in der zentralen Zone 18 ausgebildet. Ahnlich wie die näher an den Abgasbehandlungskörper 12 herangeführte Rückwand in der zentralen Zone 18 des ersten Ausführungsbeispiels 1 erhöht das Einbauteil 24 den Widerstand für die zentrale Zone 18 am Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12. Die außenliegende ringförmige Zone wird durch das Einbauteil 24 im wesentlichen nicht beeinflußt, so daß über den ganzen Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12 der Strömungswiderstand ausgeglichen ist. Gleichzeitig ergibt sich damit eine gleichmäßigere Strömungsgeschwindigkeit über die einzelnen Strömungskanäle in dem Abgasbehandlungskörper 12 und eine gleichmäßige Beaufschlagung.

In der Fig. 3 ist das Einbauteil 24 in Form einer gewölbten Platte dargestellt, so daß auch in der zentralen Zone 18 das Strömungshindernis unterschiedlich groß ist. Damit kann der Widerstand über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12 sehr präzise variiert werden, und die Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12 kann je nach der zu erwartenden Strömung durch die Abgasreinigungsvorrichtung 2 festgelegt sein.

In der Fig. 4 ist ein Einbauteil 24 gezeigt, ebenfalls über Stützen 26 gegen die Wand des hinteren Übergangsbereichs 10 abgestützt, welches sich von dem Einbauteil 24 von Fig. 3 dadurch unterscheidet, daß es eine wesentlich stärker strömungsleitende Funktion besitzt, statt in erster Linie ein Strömungshindernis darzustellen. Dieses Einbauteil 24 ist als trichterförmiges Abgas-Leitelement ausgebildet. Dieses trichterförmige Leitelement 24 hat strömungsaufwärts eine Einströmfläche 28 und strömungsabwärts eine Ausströmfläche 30. Je nach Verhältnis dieser beiden Flächen zueinander bildet das trichterförmige Abgas-Leitelement 24 für die zentrale Zone 18 an dem Austrittsquerschnitt des Abgasbehandlungskörpers 12 eine Strömungserschwerung und beeinflußt so die Strömung in der Abgasreinigungsvorrichtung.

Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel im Schnitt, bei dem das Einbauteil 24 verstellbar angebracht ist, um eine Variierung der Strömungserschwerung vornehmen zu können. Das Einbauteil 24 ist in der Art einer Klappe an einer Welle 32 drehbar gelagert. Die Welle 32 ist nach hinten in Fig. 5 aus dem Gehäuse 4 heraus fortgesetzt. Dort ist ein Hebel 34 angebracht, über den das Einbauteil 24 verstellt werden kann. In der Fig. 5 ist die Position in durchgezogenen Linien gezeigt, in der das Einbauteil 24 die größte Strömungserschwerung für eine zentrale Zone 18 darstellt. Der Hebel 34 kann in Richtung des Pfeils 36 bewegt werden, bis Hebel 34 und Einbauteil 24 die mit gestrichelten Linien dargestellte Endstellung erreichen, in der das Einbauteil 24 ein im wesentlichen vernachlässigbares Strömungshindernis darstellt. Zur besseren Darstellung dieser mit gestrichelten Linien gezeigten Endposition ist der Abgasbehandlungskörper 12 für einen Teil herausgebrochen dargestellt.

Das Einbauteil 24 kann über den Hebel 34 z. B. über eine Schubstange und einen elektrischen Stellmotor in Abhängigkeit von der Temperatur, der Last oder der Motordrehzahl eingestellt werden. Für das gezeigte verstellbare Einbauteil 24 sind keine Endanschläge vorgesehen, an denen das Einbauteil in einer Endstellung anliegt; somit können Klappergeräusche vermieden werden, die auftreten, wenn pulsierendes Abgas in einer Endstellung das Einbauteil hin- und herbewegt.

Das Vorsehen eines Einbauteils hinter dem Abgasbehandlungskörper 12, und nicht vor dem Abgasbehandlungskörper 12, hat darüber hinaus den Vorteil, daß ein Einbauteil 24, das sich beispielsweise infolge von Korrosion gelöst hat, von dem Abgas nicht gegen den Abgasbehandlungskörper 12 gestoßen wird und diesen somit innerhalb kürzester Zeit zerstören kann. Auch nach einem Herausbrechen des Einbauteils 24 bleibt die Abgasreinigungsvorrichtung 2 einsatzfähig mit den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen einer ungleichmäßigen Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten fünften Ausführungsbeispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 wird zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Abgasbehandlungskörper 12 und damit zur Vergleichmäßigung der Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12 der Weg eingeschlagen, das Abgas an der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers 12 im wesentlichen behinderungsfrei ausströmen zu lassen. Zu diesem Zweck ist der hintere Übergangsbereich 10 an zwei besonders kritischen Stellen ganz besonders geformt. Dabei liegen die kritischen Stellen zum einen an dem Übergang vom Halterungsbereich 8 zu dem hinteren Übergangsbereich 10 und andererseits dort, wo die Verengung im hinteren Übergangsbereich 10 zum Abschluß kommt, also dort, von wo an in Richtung auf die Abströmöffnung 16 hin der Querschnitt im wesentlichen konstant bleibt. Bei dem Übergang von dem Halterungsbereich 8 zu dem hinteren Übergangsbereich 10 ist besonders wichtig, daß im Bereich der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers dem Abgas möglichst wenig Hindernis entgegensteht. Das heißt, die Wand des Übergangsbereichs sollte dort im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung im Abgasbehandlungskörper 12 verlaufen oder zur Strömungsrichtung 12 nur einen geringen Winkel einschließen. Dabei ist ein Winkel von kleiner als 20° vorteilhaft, insbesondere aber von kleiner als 10°.

Dort, wo die Verengung des hinteren Übergangsbereichs 10 zum Abschluß kommt, ist es wichtig, daß dieser Übergang derart sanft gerundet ist, daß eine Strömungseinschnürung danach im wesentlichen vermieden wird. Das heißt, die Strömung sollte möglichst an der Wand anliegend entlang diesem Übergang strömen, und nach dem Übergang keine Strömungskomponente mehr in Richtung auf die Mitte der Abströmöffnung 16 hin aufweisen. Eine derartige Strömungskomponente würde durch die Massenträgheit das Abgas vom Rand auf die Mitte der Einströmöffnung hin zuströmen lassen und damit den Strömungsquerschnitt einschnüren. Ganz besonders schädlich sind an dieser Stelle Übergänge, die Kanten aufweisen, wie sie im Stand der Technik verwendet werden; solche Kanten führen fast zwangsläufig zu einem Strömungsabriß von der Wand und damit zu einer Einschnürung nach dem Übergang.

Der vordere Übergangsbereich 6 der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Fig. 6 ist im Verhältnis zu dem hinteren Übergangsbereich 10 deutlich länger ausgebildet. Ein langer vorderer Übergangsbereich 6 bewirkt eine gleichmäßigere Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12 auf der Zuströmseite, und die Kombination eines solchen langen vorderen Übergangsbereichs 10 mit dem wie vorgehend beschriebenen besonders ausgebildeten hinteren Übergangsbereich 10 führt zu einer besonders vergleichmäßigten Beaufschlagung des Abgasbehandlungskörpers 12. Der vordere Übergangsbereich 6 kann bis zu sechsmal so lang sein wie der hintere Übergangsbereich 10, vorzugsweise ist er ein- bis dreimal so lang oder gar nur bis zu zweimal so lang wie der hintere Übergangsbereich 10.

Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abgasreinigungsvorrichtung 2 gemaß der Erfindung. In beiden Figuren ist auf der linken Seite die Abgasreinigungsvorrichtung 2 im Schnitt dargestellt. In Fig. 7 ist links eine strichpunktierte Linie eingezeichnet, die mit VIII bezeichnet ist und darstellt, wo in Fig. 8 der Schnitt durch die Abgasreinigungsvorrichtung 2 verläuft. In beiden Figuren erkennt man den vorderen Übergangsbereich 6, den Halterungsbereich 8 und den hinteren Übergangsbereich 10 des Gehäuses 4 und den in dem Halterungsbereich 8 gehaltenen Abgasbehandlungskörper 12. Der vordere Übergangsbereich 6 und der hintere Übergangsbereich 10 sind schräg zu der Durchströmungsrichtung des Abgasbehandlungskörpers 12 an dem Gehäuse 4 angebracht. Man erkennt, daß die zu der Abgasreinigungsvorrichtung 2 hin führende und die von ihr weg führende Abgasleitung in einer Linie angeordnet sind.

Der vordere Übergangsbereich 6 und der hintere Übergangsbereich 10 befinden sich auf der gleichen Seite des Halterungsbereichs 8. Auf der den Übergangsbereichen 6 und 10 entgegengesetzten Seite schließt eine Gehäusewand 38 das Gehäuse 4 ab. Zwischen dem Abgasbehandlungskörper 12 und der Gehäusewand 38 ist ein Strömungsumlenkbereich 40 gebildet. Die Umfangswand 42 des vorderen Übergangsbereichs 6 verläuft an ihrem dem Abgasbehandlungskörper 12 benachbarten Ende für einen Teil ihres Umfangs in einer Ebene, siehe Abschnitt 43. Dort ist die Wand 42 eng an den Abgasbehandlungskörper 12 herangeführt, wobei sogar eine Abdichtung vorgesehen sein kann. Analog ist die Umfangswand des hinteren Übergangsbereichs 10 an ihrem dem Abgasbehandlungskörper 12 benachbarten Ende gestaltet. Der Abgasbehandlungskörper 12 ist dadurch in einen ersten Strömungsbereich 44 und einen zweiten Strömungsbereich 46 geteilt, die nebeneinander liegen und im Betrieb von dem Abgas nacheinander in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden.

Für den Fall, daß der erste Strömungsbereich 44 von einem ersten Abgasbehandlungskörper gebildet ist und der zweite Strömungsbereich 46 von einem zweiten Abgasbehandlungskörper gebildet ist, kann zwischen beiden Abgasbehandlungskörpern eine Trennwand vorgesehen sein, die z. B. bis an den Strömungsumlenkbereich 40 ragt. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 und 8 zeigt eine Ausführung mit einem Abgasbehandlungskörper 12, der einen ovalen Querschnitt besitzt.

Im Betrieb durchströmt das Abgas in Strömungsrichtung nacheinander zuerst den vorderen Übergangsbereich 6, den Strömungsbereich 44 und den Strömungsumlenkbereich 40. In dem Strömungsumlenkbereich 40 erfolgt eine Durchmischung des Abgases, das aus den in Strömungsrichtung verlaufenden Kanälen des Abgasbehandlungskörpers 12 austritt. Dann strömt das Abgas weiter durch den zweiten Strömungsbereich 46 in den hinteren Übergangsbereich 10.

Claims (21)

1. Abgasreinigungsvorrichtung (2) zur Reinigung von Verbrennungsmotorabgasen, mit:

• (a) einem Gehäuse (4), das aufweist:
• (b) einen Halterungsbereich (8), in dem ein Abgasbehandlungskörper (12) im Gehäuse (4) gehaltert ist;
• (c) strömungsaufwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorderen Übergangsbereich (6);
• (d) und strömungsabwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung verengenden, hinteren Übergangsbereich (10),

dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Übergangsbereich (10) zur Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases über den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers (12) für eine Zone mit einer Strömungserschwerungseinrichtung versehen ist.

2. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des hinteren Übergangsbereichs (10) als Strömungserschwerungseinrichtung ausgebildet ist.

3. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmöffnung (14) und die Abströmöffnung (16) des Gehäuses (4) bezüglich der Strömungsrichtung im Abgasbehandlungskörper (1) gegeneinander versetzt sind, und daß die Wand des hinteren Übergangsbereichs (10) für eine zentrale Zone (18) näher als eine außenliegende ringförmige Zone (20) an den Abgasbehandlungskörper (12) heranreicht, so daß für die außenliegende Zone (20) ein ringförmiger Kanal (22) gebildet ist, von dem aus die Abströmöffnung (16) wegführt.

4. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einbauteil (24) im hinteren Übergangsbereich (10) als Strömungserschwerungseinrichtung vorgesehen ist.

5. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil (24) als Strömungshindernis in einer zentralen Zone (18) ausgebildet ist.

6. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil als trichterförmiges Abgas-Leitelement (24) vorgesehen ist.

7. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil (24) zur Variierung der Strömungserschwerung verstellbar ist.

8. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbauteil (24) last- und/oder temperatur- und/oder drehzahlabhängig verstellbar ist.

9. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bimetallelement zur temperaturabhängigen Verstellung im Gehäuse (4) vorgesehen ist.

10. Abgasreinigungsvorrichtung (2) zur Reinigung von Verbrennungs­ motorabgasen, mit:

• (a) einem Gehäuse (4), das aufweist:
• (b) einen Halterungsbereich (8), in dem ein Abgasbehandlungs­ körper (12) im Gehäuse (4) gehaltert ist;
• (c) strömungsaufwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorderen Über­ gangsbereich (6);
• (d) und strömungsabwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung verengenden, hinteren Übergangsbereich (10), dadurch gekennzeichnet,

daß der vordere Übergangsbereich (6) und der hintere Übergangs­ bereich (10) auf der gleichen Seite des Halterungsbereichs (8) vorgesehen sind und daß auf der gegenüberliegenden Seite des Halterungsbereichs (8) ein Strömungsumlenkbereich (40) vorgesehen ist, so daß die Abgasströmung nacheinander einen ersten Abgasbehandlungskörper-Strömungsbereich (44) und einen danebenliegenden zweiten Abgasbehandlungskörper- Strömungsbereich (46) durchströmt.

11. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Abgasbehandlungskörper (12) vorgesehen ist, der mit einem Teil seines Querschnitts den ersten Strömungsbereich (44) und mit dem restlichen Teil seines Querschnitts den zweiten Strömungsbereich (46) bildet.

12. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasbehandlungskörper (12) einen ovalen Querschnitt besitzt.

13. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Abgasbehandlungskörper, der den ersten Strömungsbereich (44) bildet, und ein zweiter Abgasbehandlungskörper, der den zweiten Strömungsbereich (46) bildet, vorgesehen sind.

14. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Übergangsbereiche (6; 10) schräg zu der Durchströmungsrichtung des Abgasbehandlungskörpers (12) verläuft.

15. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der hintere Übergangsbereich (10) dort, wo er an den Halterungsbereich (8) anschließt, derart ausgebildet ist, daß das Abgas an der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers (12) im wesentlichen behinderungsfrei ausströmen kann;
und daß der hintere Übergangsbereich (10) dort, wo die Verengung zum Abschluß kommt, einen derart sanft gerundeten Übergang hat, daß eine Strömungseinschränkung im wesentlichen vermieden ist.

16. Abgasreinigungsvorrichtung (2) zur Reinigung von Verbrennungsmotorabgasen, mit:

• (a) einem Gehäuse (4), das aufweist:
• (b) einen Halterungsbereich (8), in dem ein Abgasbehandlungskörper (12) im Gehäuse (4) gehaltert ist;
• (c) strömungsaufwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung erweiternden, vorderen Übergangsbereich (6);
• (d) und strömungsabwärts von dem Halterungsbereich (8) einen sich in Strömungsrichtung verengenden, hinteren Übergangsbereich (10),

dadurch gekennzeichnet, daß der hintere Übergangsbereich (10) dort, wo er an den Halterungsbereich (8) anschließt, derart ausgebildet ist, daß das Abgas an der umfangsnahen Randzone des Abgasbehandlungskörpers (12) im wesentlichen behinderungsfrei ausströmen kann;
und daß der hintere Übergangsbereich (10) dort, wo die Verengung zum Abschluß kommt, einen derart sanft gerundeten Übergang hat, daß eine Strömungseinschränkung im wesentlichen vermieden ist.

17. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke, auf der sich der vordere Übergangsbereich (10) von dem Querschnitt der Zuströmöffnung (14) auf den Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers (12) erweitert, länger ist als die Strecke, auf der sich der hintere Übergangsbereich (10) von dem Querschnitt des Abgasbehandlungskörpers (12) auf den Querschnitt des Abströmöffnung (16) verengt.

18. Abgasreinigungsvorrichtung (2) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Übergangsbereich (6) in Strömungsrichtung sechsmal so lang ist wie der hintere Übergangsbereich (10).