DE202011000703U1

DE202011000703U1 - Heizmodul für eine Abgasreinigungsanlage

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Publication number: DE202011000703U1
Application number: DE201120000703
Authority: DE
Original assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Current assignee: HJS Emission Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-07-03
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: RU2013142309A; EP2691614B1; CN103477041A; RU2594393C2; CA2830026A1; CN103477041B; WO2012130796A1; EP2691614A1; KR20140020982A; US20140013729A1; US9115622B2; JP6117176B2; JP2014510871A; BR112013025096A2; ES2654963T3

Abstract

Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalytischen Brenner mit einem HC-Injektor (14, 14.1) und mit einem dem HC-Injektor (14, 14.1) in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Oxidationskatalysator (12, 12.1) zum Zuführen von thermischer Energie an ein Abgasreinigungsaggregat der Abgasreinigungsanlage, wobei das Heizmodul (1, 1.1) über einen Hauptstrang (2, 2.1), über einen den katalytischen Brenner (12, 14; 12.1, 14.1) enthaltenen Nebenstrang (3, 3.1) sowie über eine Einrichtung (4, 5; 4.1, 5.1) zum Steuern des den Nebenstrang (3, 3.1) durchströmenden Abgasmassenstroms verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrang (2, 2.1) im Eingangsbereich des Heizmoduls (1, 1.1) einen Überströmöffnungen (7, 7.1) aufweisenden Überströmrohrabschnitt (6, 6.2) aufweist, durch welche Überströmöffnungen (7, 7.1) eine Strömungsverbindung zwischen dem Hauptstrang (2, 2.1) und dem Nebenstrang (3, 3.1) hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalytischen Brenner mit einem HC-Injektor und mit einem dem HC-Injektor in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Oxidationskatalysator zum Zuführen von thermischer Energie an ein Abgasreinigungsaggregat der Abgasreinigungsanlage, wobei das Heizmodul über einen Hauptstrang, über einen den katalytischen Brenner enthaltenen Nebenstrang sowie über eine Einrichtung zum Steuern des den Nebenstrang durchströmenden Abgasmassenstroms verfügt.
Brennkraftmaschinen, derzeitig insbesondere Dieselmotoren, verfügen über in den Abgasstrang eingeschaltete Aggregate, um schädliche oder unerwünschte Emissionen zu reduzieren. Bei einem derartigen Aggregat kann es sich beispielsweise um einen Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter und/oder um eine SCR-Stufe handeln. Ein Partikelfilter dient zum Auffangen von von der Brennkraftmaschine ausgestoßenen Rußpartikeln. Auf der anstromseitigen Oberfläche des Partikelfilters akkumuliert der im Abgas mitgeführte Ruß. Damit im Zuge der sukzessiven Rußakkumulation der Abgasgegendruck nicht zu weit ansteigt und/oder der Filter zu verstopfen droht, wird bei hinreichender Rußbeladung des Partikelfilters ein Regenerationsprozess ausgelöst. Bei einem solchen Regenerationsprozess wird der auf dem Filter akkumulierte Ruß abgebrannt (oxidiert). Nach Abschluss einer solchen Rußoxidation ist der Partikelfilter regeneriert. Zurück bleibt allein ein nicht-verbrennbarer Ascherest. Damit eine Rußoxidation stattfindet, muss der Ruß eine gewisse Temperatur aufweisen. Diese liegt in aller Regel bei etwa 600 Grad Celsius. Die Temperatur, bei der eine solche Rußoxidation beginnt, kann niedriger liegen, beispielsweise wenn die Oxidationstemperatur durch ein Additiv und/oder durch Bereitstellung von NO₂ herabgesetzt worden ist. Wenn der Ruß eine Temperatur aufweist, die unterhalb seiner Oxidationstemperatur liegt, ist es erforderlich, zum Auslösen des Regenerationsprozesses thermische Energie zuzuführen, um auf diese Weise aktiv eine Regeneration auslösen zu können. Eine aktive Regeneration kann über innermotorische Maßnahmen eingeleitet werden, indem der Verbrennungsprozess geändert wird, damit Abgas in einer höheren Temperatur ausgestoßen wird. Bei zahlreichen Anwendungen, vor allem im Non-Road-Bereich, werden jedoch nachmotorische Maßnahmen zum Herbeiführen einer aktiven Regeneration bevorzugt. In vielen Fällen ist es im Rahmen einer Abgasreinigung nicht möglich, auf motorische Maßnahmen Einfluss zu nehmen.
Aus DE 20 2009 005 251 U1 ist eine Abgasreinigungsanlage bekannt, bei der für die Zwecke des aktiven Herbeiführens der Regeneration eines Partikelfilters der Abgasstrang in einen Hauptstrang und einen Nebenstrang geteilt ist. Diese beiden Strangabschnitte bilden ein Heizmodul. In den Nebenstrang ist ein katalytischer Brenner eingeschaltet, durch den der durch den Nebenstrang strömende Abgasteilstrom erwärmt und anschließend mit dem durch den Hauptstrang strömenden Abgasteilstrom vereinigt wird, so dass auf diese Weise der gemischte Abgasmassenstrom eine deutlich höhere Temperatur aufweist. Die Erhöhung der Temperatur des Abgasstromes dient dem Zweck, den auf der Anströmseite des Partikelfilters akkumulierten Ruß auf eine hinreichende Temperatur zum Auslösen des Regenerationsprozesses zu erwärmen. Als katalytischer Brenner dient ein in dem Nebenstrang angeordneter Oxidationskatalysator mit vorgeschalteter Kohlenwasserstoffinjektion. Zum Steuern des den Nebenstrang durchströmenden Abgasmassenstroms befindet sich im Hauptstrang eine Abgasklappe, durch die die frei durchströmbare Querschnittsfläche im Hauptstrang eingestellt werden kann. Für die Zwecke des Erwärmens des in den Nebenstrang eingeschalteten Oxidationskatalysators auf seine light-off-Temperatur – diejenige Temperatur, ab der an der katalytischen Oberfläche die gewünschte exotherme HC-Konvertierung erfolgt – ist diesem ein elektrothermisches Heizelement vorgeschaltet. Dieses wird betrieben, wenn dieser Oxidationskatalysator auf seine light-off-Temperatur erwärmt werden muss. Beschrieben ist in diesem Dokument auch, dass der in den Nebenstrang eingeschaltete katalytische Brenner überspritzt werden kann, um auf diese Weise Kohlenwasserstoffe einem zweiten, dem Partikelfilter in Strömungsrichtung unmittelbar vorgeschalteten Oxidationskatalysator, zuzuführen, damit diese mit derselben exothermen Reaktion an der katalytischen Oberfläche dieses zweiten Oxidationskatalysators reagieren können. Somit kann bei dieser vorbekannten Abgasreinigungsanlage ein zweistufiges Erwärmen des Abgases vorgenommen werden. Das aus dem zweiten Oxidationskatalysator ausströmende Abgas weist sodann die notwendige Temperatur auf, um den auf der Anströmseite des Partikelfilters akkumulierten Ruß soweit zu erwärmen, dass dieser oxidiert.
In gleicher Weise kann es gewünscht sein, die Temperatur anderer Abgasreinigungsaggregate, beispielsweise eines Oxidationskatalysators oder einer SCR-Stufe zu erhöhen, um diese rascher auf ihre Betriebstemperatur zu bringen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Heizmodul der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, dass dieses kompakter bauend ausgelegt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Heizmodul der eingangs genannten Art, bei dem der Hauptstrang im Eingangsbereich des Heizmoduls einen Überströmöffnungen aufweisenden Überstromrohrabschnitt aufweist, durch welche Überströmöffnungen eine Strömungsverbindung zwischen dem Hauptstrang und dem Nebenstrang hergestellt ist.
Bei diesem Heizmodul ist der Abzweig in den Nebenstrang und gemäß einem Ausführungsbeispiel auch die Mündung des Nebenstranges in den Hauptstrang jeweils durch einen Überströmrohrabschnitt gebildet. Ein solcher Überströmrohrabschnitt verfügt über Überströmöffnungen, die in das dem Überstromrohrabschnitt bildende Rohr eingebracht sind. Mithin tritt über den eingangsseitig bezüglich des Nebenstranges angeordneten Überströmrohrabschnitt, der sich im Bereich des Einganges des Heizmodus befindet, in radialer Richtung der durch den Nebenstrang zu leitende Abgasstrom in radialer Richtung aus dem Hauptstrang aus und in den Nebenstrang ein, wenn der Abgasstrom ganz oder teilweise durch den Nebenstrang geleitet werden soll. Die Konzeption der Ausbildung des Einganges in den Nebenstrang unter Verwendung derartiger Überströmrohrabschnitte erlaubt die Ausbildung eines zur Hauptströmungsrichtung des Abgases auch rechtwinklig angeordneten Abzweiges als Teil des Nebenstranges. Der ausgangsseitige Anschluss des Nebenstranges an den Hauptstrang kann in gleicher Weise ausgebildet sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Hauptstrang und der Nebenstrang in axialer Richtung und somit in Hauptströmungsrichtung des Abgases in eine Mischkammer münden. Bei diesen Konzeptionen kann sich die Längserstreckung des Nebenstranges mit dem katalytischen Brenner im Wesentlichen auf die notwendige Länge des Oxidationskatalysators beschränken. Ist dem katalytischen Brenner zudem ein dem Oxidationskatalysator in Strömungsrichtung vorgeschaltetes elektrothermisches Heizelement zugeordnet, kann die Länge des Nebenstranges praktisch auf die benötigte Länge des Oxidationskatalysators und des diesem vorgeschalteten Heizelementes beschränkt sein. Die vorbeschriebene Konzeption beinhaltet, dass der in einem rechten Winkel aus dem Hauptstrang abgezweigte Nebenstrang eine 90 Grad-Umlenkung aufweist, um den Abgasstrom in einen parallel zum Hauptstrang verlaufenden Nebenstrangabschnitt zu leiten. Die diesbezügliche Umlenkung befindet sich typischerweise im Bereich der Längsachse des Nebenstrangabschnittes mit dem Oxidationskatalysator, sodass es sich anbietet, im Bereich der Umlenkung den HC-Injektor anzuordnen, und zwar dergestalt, dass dessen Sprühkegel frontal auf den Oxidationskatalysator oder, falls diesem ein elektrothermisches Heizelement vorgeschaltet ist, auf dieses gerichtet ist. Damit wird für die notwendige Strömungsstrecke zum Ausbilden des Sprühkegels des HC-Injektors kein zusätzlicher Bauraum in Längserstreckung des Heizmoduls benötigt. Zur Ausbildung des Sprühkegels wird bei dieser Konzeption die Tiefe der diesbezüglich vorhandenen Umlenkung, die ohnehin erforderlich ist, genutzt.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei der das Heizmodul ein dem Oxidationskatalysator vorgeschaltetes elektrothermisches Heizelement aufweist, da dieses genutzt werden kann, um den über den HC-Injektor in den Nebenstrang eingebrachten Kraftstoff zu verdampfen, bevor dieser die katalytische Oberfläche des Oxidationskatalysators beaufschlagt. Folglich braucht bei einer solchen Ausgestaltung nur ein Minimum an Strömungsstrecke zwischen dem HC-Injektor bzw. seiner Injektordüse und dem Oxidationskatalysator vorhanden zu sein. Dabei dient die notwendige Strömungsstrecke nicht als Aufbereitungsstrecke, sondern ganz überwiegend dem Zweck einer Sprühkegelausbildung, damit sich die gesamte oder weitestgehend gesamte anströmseitige Oberfläche des Heizelementes im Bereich des Sprühkegels befindet. Dabei wird man den Sprühkegel typischerweise derart einstellen, dass dieser vorzugsweise nur die anströmseitige Oberfläche des Heizelementes beaufschlagt und nicht oder allenfalls nur untergeordnet in Strömungsrichtung vorgelagerte Wandabschnitte des Nebenstrangabschnittes.
Die Konzeption des eingangsseitigen Hauptstrangabzweiges durch einen Überströmrohrabschnitt, der je nach Ausgestaltung des Heizmodules den Nebenstrang einfasst oder der von dem abgehenden Nebenstrang eingefasst ist, erlaubt die Ausbildung zahlreicher Überströmöffnungen, die vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang des Überströmrohrabschnittes verteilt sind. Die Ausgestaltung der Überströmöffnungen und deren Anordnung wird man vorzugsweise derart wählen, dass im Nebenstrang möglichst eine Gleichverteilung des in den Nebenstrang einströmenden Abgasstromes gegeben ist. Ziel ist es, den im Nebenstrang angeordneten Oxidationskatalysator bzw., falls vorhanden, das diesem vorgeschaltete elektrothermische Heizelement über die Querschnittsfläche des Nebenstranges gleichmäßig anzuströmen. Grundsätzlich ist auch eine Konzeption möglich, bei der die Überströmöffnungen sich nur über einen Teil der Mantelfläche des Überströmrohrabschnittes, beispielsweise nur über 180 Grad erstrecken. Unabhängig von der vorbeschriebenen Ausbildung des Überströmrohrabschnittes wird es als zweckmäßig angesehen, wenn die Querschnittsfläche der Überströmöffnungen in ihrer Summe etwas größer ist, als die Querschnittsfläche des Hauptstranges im Bereich des Überströmrohrabschnittes. Hierdurch kann der durch die notwendigen Einbauten im Nebenstrang auftretende Abgasgegendruck niedrig gehalten werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Summe der Querschnittsflächen der Überströmöffnungen der Überströmrohrabschnitte 1,2 bis 1,5 mal größer ist als die Querschnittsfläche des Hauptstranges im Überströmrohrabschnitt. Es hat sich gezeigt, dass sich ein diesbezügliches Querschnittsflächenverhältnis von etwa 1,3 als besonders günstig erweist, um das Strömungsverhalten durch die beiden Stränge-Hauptstrang und Nebenstrang – nicht über Maßen nachteilig zu beeinflussen.
Die Konzeption des Anschließens des Nebenstranges über Überströmrohrabschnitte wie vorbeschrieben, an den Hauptstrang erlaubt eine Ausbildung der Überströmrohrabschnitte und damit der Abzweigungen durch entsprechende Dimensionierung der Überströmöffnungen, und zwar hinsichtlich ihrer Anzahl und ihres Durchmessers, dass der durch den Hauptstrang geleitete Abgasstrom beim Durchströmen des Hauptstranges des Heizmodules an den Abzweigungen nur einen minimalen und damit vernachlässigbaren Abgasgegendruckaufbau erfährt.
Der Überströmrohrabschnitt begrenzt den Hauptstrang je nach Ausgestaltung des Heizmodules außenseitig oder innenseitig. Bei der ersten Ausgestaltung wird der durch den Nebenstrang zu leitende Abgasstrom in radialer Richtung nach außen von dem Hauptstrang in den Nebenstrang geleitet. Der Oxidationskatalysator und gegebenenfalls das diesem vorgeschaltete Heizelement befinden sich sodann in einem parallel zum Hauptstrang angeordneten Rohr als Nebenstrangabschnitt. Gemäß der anderen Ausgestaltung befindet sich der Nebenstrang in einem Nebenstrangabschnitt innerhalb des Hauptstranges, vorzugsweise in einer konzentrischen Anordnung zu diesem. Der Übergang vom Hauptstrang in den Nebenstrang erfolgt bei dieser Ausgestaltung in radialer Richtung nach innen. Bei einer Ausgestaltung, bei der der Nebenstrangabschnitt mit dem katalytischen Brenner sich innerhalb des den Hauptstrang außenseitig begrenzenden Rohres befindet, wird bei einem Betrieb des katalytischen Brenners im Nebenstrang nicht nur der durch den Nebenstrang strömende Abgasstrom, sondern auch ein durch den Hauptstrang strömender Abgasteilstrom erwärmt, da dieser an der äußeren Mantelfläche des den katalytischen Brenner beinhaltenden Nebenstrangabschnittes vorbeiströmt. Somit sind keinerlei zusätzliche Wärmeverluste in Kauf zu nehmen. Im Übrigen ist sodann die Temperaturdifferenz zwischen dem aus dem Nebenstrang strömenden Abgasstrom und dem durch den Hauptstrang strömenden Abgasstrom bei der Zusammenführung der beiden Teilströme geringer, was sich wiederum vorteilhaft auf eine rasche Durchmischung und die damit bewirkte Temperaturvergleichmäßigung in den im Anschluss an den Ausgang des Nebenstranges strömenden Gesamtabgasstrom bemerkbar macht.
Die Rückführung des durch den Nebenstrang geleiteten Abgasstroms in den Hauptstrom kann in analoger Weise wie am Eingang des Nebenstranges über einen zweiten Überstromöffnungen aufweisenden Überströmrohrabschnitt erfolgen. Die vorstehenden Ausführungen zu dem eingangsseitigen Überströmrohrabschnitt gelten gleichermaßen bei einer solchen Ausgestaltung ebenfalls für den bezüglich des Nebenstranges ausgangsseitig angeordneten Überströmrohrabschnitt. Das Einleiten des aus dem Nebenstrang ausströmenden Abgasstromes in den Hauptstrang bzw. in den diesen durchströmenden Abgasstrom gewährleistet eine besonders effektive Vermischung der beiden an dieser Stelle zusammengeführten Abgasteilströme auf sehr kurzer Strecke. Dies bedeutet, dass bereits nach sehr kurzer Strömungsstrecke des Abgases hinter dem ausgangsseitigen Überströmrohrabschnitt der Abgasmischstrom eine sehr einheitliche Temperaturverteilung in Bezug auf seine Querschnittsfläche aufweist.
Die Fluidverbindung zwischen dem Hauptstrang und dem Nebenstrangabschnitt mit dem Oxidationskatalysator und vorzugsweise auch mit dem diesem vorgeschalteten elektrothermischen Heizelement wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei einer Ausgestaltung, bei der der Nebenstrangabschnitt mit dem katalytischen Brenner parallel zum Hauptstrang verläuft, durch Überströmumlenkkammern realisiert. Diese fassen den Hauptstrang mit jeweils einem Überströmrohrabschnitt ein. Mit Abstand vom Hauptstrang ist an die Überstromumlenkkammern der Nebenstrangabschnitt mit seinen Einbauten angeschlossen. Die Überstromumlenkkammern sind Teil des Nebenstranges. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht die Konzeption eines Nebenstrangabschnittes mit seinen Einbauten, dessen Durchmesser deutlich größer ist als der Durchmesser des Hauptstranges. Demzufolge kann in einen solchen Nebenstrangabschnitt ein im Durchmesser entsprechend großer Oxidationskatalysator eingeschaltet werden. Dabei versteht es sich, dass, je größer die Querschnittsfläche des Oxidationskatalysators ist, dieser bei gleichem Volumen in seiner Längserstreckung kürzer ausgelegt sein kann. Hierdurch ist nicht nur die Möglichkeit geschaffen, das Heizmodul in Längserstreckung entsprechend kürzer bauend auszulegen, vielmehr werden durch eine solche Maßnahme auch der Gegendruck und die Umsatzrate und damit die Temperaturbelastung des Oxidationskatalysators reduziert.
Prinzipiell ergeben sich dieselben Vorteile, mit Ausnahme der zu den Überströmrohrabschnitten erwähnten, bei einem Heizmodul, bei dem der Nebenstrang eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils über eine in radialer Richtung von dem Hauptstrang abgehende Umlenkkammer verfügt, zwischen welchen Umlenkkammern sich parallel zum Hauptstrang des Heizmoduls der Nebenstrangabschnitt mit dem Oxidationskatalysator befindet. Daher stellt eine solche Ausgestaltung eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dar.
Die Konzeption des Ausbildens der Fluidverbindungen zwischen dem Nebenstrangabschnitt mit dem Oxidationskatalysator und dem vorzugsweise vorgeschalteten elektrothermischen Heizelement mit dem Hauptstrang mittels der vorbeschriebenen Umlenkkammern ermöglicht eine Ausgestaltung derselben als Blechumformteile, wobei typischerweise zwei derartiger, üblicherweise durch Tiefziehen umgeformter Blechteile zu einer Umlenkkammer zusammengesetzt sind. Dieses Konzept erlaubt eine Verwendung von Gleichteilen bei der eingangsseitigen Umlenkkammer und bei der ausgangsseitigen Umlenkkammer, zumindest in Bezug auf eine Vorfertigungsstufe. Tatsächlich können sich die Umlenkkammerteile durch nach dieser Vorfertigungsstufe eingebrachte Öffnungen zum Anschließen etwa von Sensoren oder beispielsweise eines HC-Injektors voneinander unterscheiden. Grundsätzlich können auch die außenliegenden Umlenkkammerteile gleich sein. Allein bei dem eingangsseitigen außenliegenden Umlenkkammerteil sind typischerweise Anschlussmittel zum Anschließen des HC-Injektors vorgesehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verfügt dieses Umlenkkammerteil über eine Injektoröffnung mit einem nach außen gebördelten Kragen, an dem der HC-Injektor befestigt ist. Auch dieses Umlenkkammerteil kann als Gleichteil zu dem außenliegenden Umlenkkammerteil der anderen Umlenkkammer gefertigt sein, wobei die HC-Injektoröffnung durch einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt in dieses zunächst als Gleichteil hergestellte Umlenkkammerteil eingebracht worden ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1: Eine schematisierte An- bzw. Einsicht in ein Heizmodul gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zum Zuführen von thermischer Energie in den Abgasstrang einer an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage,
2: Eine erste Stirnseitenansicht (Seitenansicht von links) auf das Heizmodul der 1,
3: Eine weitere Stirnseitenansicht (Seitenansicht von rechts) auf die der Seitenansicht der 2 gegenüberliegende Seite des Heizmoduls der 1,
4: Eine Darstellung entsprechend derjenigen der 1 mit darin eingezeichneten Strömungspfeilen bei einem Betrieb des Heizmoduls,
5: Eine perspektivische An- bzw. Einsicht in ein Heizmodul gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zum Zuführen von thermischer Energie in den Abgasstrang einer an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage,
6: Eine schematisierte An- bzw. Einsicht in das Heizmodul der 5 mit dann eingezeichneten Strömungspfeilen bei einem Betrieb des Heizmodules und
7a, 7b: Eine Querschnittsdarstellung des Heizmoduls der 5 und 6 (7a) sowie einen Ausschnitt eines Längsschnittes des genannten Heizmodules (7b) im Bereich der Anordnung einer Abgasklappe.
Ein Heizmodul 1 eines ersten Ausführungsbeispieles der Erfindung ist in einen nicht näher dargestellten Abgasstrang einer Abgasreinigungsanlage eingeschaltet. Die Abgasreinigungsanlage ist wiederum an den Ausgang eines Dieselmotors als Brennkraftmaschine angeschlossen. Der Abgasstrang, in den das Heizmodul 1 eingeschaltet ist, ist mit dem Bezugszeichen A kenntlich gemacht. Die Heizeinrichtung 1 ist in Strömungsrichtung des Abgases, durch die Blockpfeile in 1 dargestellt, einem Abgasreinigungsaggregat, beispielsweise einem Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet. Vorzugsweise ist dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet.
Das Heizmodul 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verfügt über einen Hauptstrang 2 und einen Nebenstrang 3. Der Hauptstrang 2 ist Teil des Abgasstranges A der Abgasreinigungsanlage. Durch den Hauptstrang 2 des Heizmoduls 1 strömt das von dem Dieselmotor ausgestoßene Abgas, wenn dieses nicht durch den Nebenstrang 3 geleitet wird. Ist das Heizmodul 1 zum Zuführen von thermischer Energie in den Abgasstrang in Betrieb, wird der Abgasstrom ganz oder teilweise durch den Nebenstrang 3 geleitet. Zum Steuern der Abgasströmung durch den Hauptstrang 2 und/oder den Nebenstrang 3 ist in den Hauptstrang 2 eine durch einen Aktuator 4 ansteuerbare Abgasklappe 5 angeordnet. In 1 ist die Abgasklappe 5 in ihrer den Hauptstrang 2 schließenden Stellung gezeigt. In Abhängigkeit von der Stellung der Abgasklappe 5 innerhalb des Hauptstranges 2 kann der gesamte Abgasstrom durch den Hauptstrang 2 oder durch den Nebenstrang 3 oder auch ein Teilstrom durch den Hauptstrang 2 und der komplementäre Teilstrom durch den Nebenstrang 3 geleitet werden.
Der Hauptstrang 2 des Heizmoduls 1 verfügt eingangsseitig und ausgangsseitig bezüglich des Nebenstranges 3 jeweils über einen Überströmrohrabschnitt 6, 6.1. Der Überströmrohrabschnitt 6 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist durch eine Perforation realisiert, die durch eine Vielzahl von diesen Rohrabschnitt durchgreifende Überströmöffnungen 7 gebildet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Überströmöffnungen 7 eine kreisförmige Querschnittsgeometrie auf und sind umfänglich verteilt in einem einheitlichen Raster und mit gleicher Querschnittsfläche ausgelegt. Es versteht sich, dass sowohl die Anordnung der Überströmöffnungen 7, deren Querschnittsgeometrie als auch deren Größe variieren und auch über den Überströmrohrabschnitt typischerweise in Strömungsrichtung des Abgases unterschiedlich angeordnet vorgesehen sein können. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Summe der Querschnittsfläche der Überströmöffnungen 7 etwa 1,3-mal so groß wie die Querschnittsfläche des Hauptstranges 2, typischerweise im Bereich des Überströmrohrabschnittes 6. Der in Bezug auf den Nebenstrang 3 ausgangsseitige Überströmrohrabschnitt 6.1 ist identisch konzipiert. Die Konzeption des ausgangsseitigen Überströmrohrabschnittes 6.1 kann jedoch auch anders konzipiert sein als der eingangsseitige Überströmrohrabschnitt 6.
Der Überströmrohrabschnitt 6 ist durch eine Überströmumlenkkammer 8 eingefasst. Die Einfassung des Überstromrohrabschnittes 6 erfolgt umfänglich, da sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Überströmöffnungen 7 umfänglich über den Überströmrohrabschnitt 6 verteilen. Damit befinden sich sämtliche Überströmöffnungen 7 des Überströmrohrabschnittes 6 innerhalb der Überströmumlenkkammer 8. Durch diese Maßnahme kann über den gesamten Umfang des Überströmrohrabschnittes 6 Abgas aus dem Hauptstrang 2 in den Nebenstrang 3 strömen. Die Überströmumlenkkammer 8 ist aus zwei durch Tiefziehen umgeformten Blechteilen – den Umlenkkammerteilen 9, 9.1 – zusammengesetzt. An den zueinander weisenden Seiten der Umlenkkammerteile 9, 9.1 verfügen diese jeweils über einen Montageflansch 10, 10.1, mit dem die beiden Umlenkkammerteile 9, 9.1 durch ein Fügeverfahren gasdicht miteinander verbunden sind. Der Überströmrohrabschnitt 6.1 ist in gleicher Weise von einer Überströmumlenkkammer 8.1 eingefasst.
Parallel und mit Abstand zu dem Hauptstrang 2 erstreckt sich zwischen den beiden zueinander weisenden Umlenkkammerteilen 9, 9.1 der Überströmumlenkkammern 8, 8.1 ein Nebenstrangabschnitt 11, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rohr mit einer kreisförmigen Querschnittsgeometrie ausgeführt ist. In dem Nebenstrangabschnitt 11 befindet sich ein Oxidationskatalysator 12 und diesem in Strömungsrichtung vorgeschaltet ein elektrothermisches Heizelement 13. Die notwendigen Anschlüsse zum Betreiben des Heizelementes 13 sind der Übersicht halber in den Figuren nicht dargestellt. An das außenliegende Umlenkkammerteil 9 der Überströmumlenkkammer 8 ist ein HC-Injektor 14 angeschlossen. Der HC-Injektor 14 dient zum Einsprühen von Kraftstoff (hier: Diesel), um auf diese Weise Kohlenwasserstoffe zum Betrieb des zusammen mit dem Oxidationskatalysator 12 gebildeten katalytischen Brenners zu ermöglichen. Der HC-Injektor 14 ist in nicht näher dargestellter Art und Weise an die Kraftstoffversorgung angeschlossen, aus der ebenfalls der Dieselmotor gespeist wird.
Die vorbeschriebene Schalenbauweise der Überströmumlenkkammern 8, 8.1 ermöglicht, dass diese aus Gleichteilen hergestellt werden können. Zum Anschließen des HC-Injektors 14 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in das Umlenkkammerteil 9 eine Injektoröffnung und in das Umlenkkammerteil 9.1 der anderen Überströmumlenkkammer 8 eine Öffnung zur Aufnahme eines Temperatursensoranschlusses eingebracht. Diese befindet sich fluchtend mit der Längsachse des Nebenstrangabschnittes 11.
Die Seitenansichten der 2 und 3 des Heizmoduls 1 zeigen, dass sich die Überströmumlenkkammern 8, 8.1 ausgehend vom Hauptstrang 2 in Richtung zum Nebenstrangabschnitt 11 hinsichtlich der Strömungsquerschnittsfläche vergrößern. Diese Querschnittsflächenvergrößerung hat eingangsseitig eine Verlangsamung des durch den Nebenstrang 3 geleiteten Abgasstromes zur Folge. Dieses ist gewünscht, damit der von dem HC-Injektor 14 ausgebildete Sprühkegel beim Einspritzen von Kraftstoff von dem zuströmenden Abgasstrom weitestgehend unbeeinflusst ist. Der von dem HC-Injektor 14 eingesprühte Kraftstoffkegel ist ausgelegt, damit dieser die anstromseitige Stirnseite des Heizelementes 13 mit Kraftstoff benetzt, wobei der Sprühkegel nicht einen solchen Winkel aufweist, dass in Strömungsrichtung vor dem Heizelement 13 befindliche Wandabschnitte des Nebenstrangabschnittes 11 mit Kraftstoff benetzt werden. Die Querschnittsfläche des Nebenstrangabschnittes 11 ist, wie aus den 1 bis 3 erkennbar, wiederum etwas geringer als die Strömungsquerschnittsfläche innerhalb der Überströmumlenkkammer 8 (gleiches gilt für die Überströmumlenkkammer 8.1) im Bereich des in den 2 bzw. 3 gezeigten horizontalen Scheitels des Nebenstrangabschnittes 11. Die Folge ist, dass in den Nebenstrangabschnitt 11 hinein eine gewisse Beschleunigung des in den Nebenstrang 3 eingeleiteten Abgasstromes eintritt, wodurch mögliches Spray-off des HC-Injektors 14 in den Nebenstrangabschnitt 11 eingezogen und dem elektrothermischen Heizelement 13 zugeführt wird, mithin unerwünschte Wandablagerungen vermieden werden können.
In der Seitenansicht des Heizmoduls 1 der 2 und 3 befindet sich die Abgasklappe 5 in ihrer gegenüber der Darstellungen der 1 um 90 Grad verschwenkten Stellung. In dieser Stellung durchströmt, das das Heizmodul 1 beaufschlagende Abgas vollständig den Hauptstrang 2. Begründet liegt dies darin, dass dem das Heizmodul 1 beaufschlagenden Abgasstrom durch den Nebenstrang 3 ein geringfügig größerer Abgasgegendruck entgegengestellt wird als dieses durch den Hauptstrang 2 und die dem Heizmodul 1 nachgeschalteten Bestandteile der Abgasreinigungsanlage 1 der Fall ist.
Die Querschnittsfläche im Nebenstrangabschnitt 11 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwas mehr als doppelt so groß als die Querschnittsfläche des Hauptstranges 2. Dieses erfolgt vor dem Hintergrund, dass zum Ausbilden eines möglichst kompakt bauenden Heizmoduls 1 vor allem die Querschnittsfläche der Einbauten-Heizelement 13 und Oxidationskatalysator 12 – genutzt werden können und vor allem der Oxidationskatalysator 12 nur eine relativ kurze Erstreckung in Strömungsrichtung des Abgases aufweisen muss. Es hat sich gezeigt, dass vor allem in Längserstreckung eines Abgasstranges oftmals der Einbauraum beschränkt ist, während in Querrichtung dazu mitunter Möglichkeiten zum Unterbringen bestimmter Aggregate gegeben sind. Diesem Erfordernis genügt aufgrund der vorbeschriebenen Konzeption das Heizmodul 1 in besonderem Maße.
Die Überströmumlenkkammer 8.1 trägt einen Temperatursensor 15, mit dem die Abgastemperatur ausgangsseitig bezüglich des Oxidationskatalysators 12 erfasst werden kann.
Aus der Darstellung der 1 bis 3 wird ebenfalls deutlich, dass der Aktuator 4 nicht, wie in den Figuren dargestellt, an der Unterseite der Darstellung der Figuren des Heizmoduls 1 angeordnet sein muss, vielmehr kann der Aktuator 4 sowohl in die eine als auch in die andere Richtung gedreht um die Längsachse des Hauptstranges 2 angeordnet werden, je nachdem, an welcher Stelle bei einer bestimmten Applikation der benötigte Bauraum vorhanden ist.
Nachstehend ist der Betrieb des Heizmoduls 1 kurz beschrieben. Betrieben wird das Heizmodul 1 zum Zuführen von thermischer Energie in den Abgasstrom des Dieselmotors, beispielsweise um eine Regeneration eines in die Abgasreinigungsanlage stromab bezüglich des Heizmoduls 1 eingeschalteten Partikelfilters auszulösen und gegebenenfalls zu steuern. Wenn das von dem Dieselmotor ausgestoßene Abgas eine bestimmte Temperatur überschritten hat, wird vor dem eigentlichen Betrieb des Heizmoduls 1 ein Teil des Abgasstromes oder auch der gesamte Abgasstrom durch den Nebenstrang 3 geleitet. Dieses dient dem Zweck, den Oxidationskatalysator 12, soweit wie durch die Temperatur des Abgasstromes möglich, vorzuerwärmen und diesen, sollte die Temperatur des Abgases hinreichend hoch sein, auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Kann durch diese Maßnahme der Oxidationskatalysator 12 nicht auf seine light-off-Temperatur gebracht werden, wird zusätzlich das elektrothermische Heizelement 13 bestromt, damit der Oxidationskatalysator über den durch das Heizelement 13 erwärmten Abgasstrom erwärmt wird.
Ist das Heizmodul 1 der erste Teil einer zweistufigen katalytischen Brenneranordnung, wird man vorzugsweise den Oxidationskatalysator 12 mit einer höheren oxidationskatalytischen Beladung konzipieren als den diesem im Hauptstrang nachgeschalteten Oxidationskatalysator. Folglich ist bei einer solchen Ausgestaltung auch die light-off-Temperatur dieses Oxidationskatalysators 12 geringer.
Für den eigentlichen Betrieb des Heizmoduls 1 wird in Abhängigkeit von dem zu leistenden Temperaturhub entweder der gesamte, das Heizmodul 1 beaufschlagende Abgasstrom oder nur Teil desselben durch den Nebenstrang 3 geleitet. Entsprechend wird mittels des Aktuators 4 die Abgasklappe 5 im Hauptstrang eingestellt. Dabei versteht es sich, wenn die Abgasklappe 5 im Hauptstrang in ihrer Geschlossenstellung steht, der überwiegende Teil des Abgasstromes durch den Nebenstrang 3 geleitet wird. Umgekehrt: Befindet sich die Abgasklappe in ihrer vollständig geöffneten Stellung, wie in der Seitenansicht der 2 erkennbar, strömt der gesamte Abgasstrom durch den Hauptstrang 2 des Heizmoduls 1. Bei einem Betrieb des Heizmoduls 1 wird der durch den Nebenstrang 3 strömende Abgasstrom durch den Betrieb des darin eingeschalteten katalytischen Brenners, gebildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch den HC-Injektor 14, das Heizelement 13 und den Oxidationskatalysator 12, erwärmt. Zu diesem Zweck wird das elektrische Heizelement 13 bestromt, damit an diesem der über den HC-Injektor 14 eingespritzte Kraftstoff verdampft. Der Sprühkegel S des HC-Injektors 14 ist in 4 schematisiert eingezeichnet. Der an dem Heizelement 13 verdampfte Kraftstoff beaufschlagt die katalytische Oberfläche des Oxidationskatalysators 12 und löst die gewünschte exotherme Reaktion aus. Der auf diese Weise durch den Nebenstrang 3 erwärmte Abgasstrom wird über die Überströmumlenkkammer 8.1 in den Hauptstrang 2 zurückgeführt, wobei beim Durchtreten dieses heißen Abgasstromes durch die Überströmöffnungen 7 in den durch den Hauptstrang 2 strömenden deutlich kühleren Abgasteilstrom auf kurzer Strecke eine besonders effektive Vermischung stattfindet.
Es versteht sich, dass durch den HC-Injektor 14 erst dann Kraftstoff in den Nebenstrang 3 eingespritzt wird, wenn sich der Oxidationskatalysator 12 oberhalb seiner light-off-Temperatur befindet.
5 zeigt ein weiteres Heizmodul 1.1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Heizmodul 1.1 ist prinzipiell aufgebaut wie das Heizmodul 1 der 1 bis 4. Daher gelten die Ausführungen zu dem Heizmodul 1 ebenfalls für das Heizmodul 1.1, soweit dieses nachstehend nicht anders erläutert ist.
Bei dem Heizmodul 1.1 ist der Nebenstrangabschnitt 11.1 mit dem Oxidationskatalysator 12.1 und dem diesem vorgeschalteten Heizelement 13.1 innerhalb des Hauptstranges 2.1 angeordnet. Bei dieser Konzeption und dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Heizmoduls 1.1 befinden sich Hauptstrang 2.1 und Nebenstrang 3.1 in einer konzentrischen Anordnung zueinander. Der Abgasstrang A mündet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel radial in den Hauptstrang 2.1. Der Hauptstrang 2.1 ist aufgrund der konzentrischen Anordnung in radialer Richtung innenseitig durch den Nebenstrang 3.1 begrenzt. Im Bereich des Eingangs des Heizmodules 1.1 ist dem Nebenstrangabschnitt 11.1 ein Überströmrohrabschnitt 6.2 vorgeschaltet. Der Überströmrohrabschnitt 6.2 ist ebenso ausgebildet wie die Überströmrohrabschnitte 6, 6.1 des Ausführungsbeispiels der 1 bis 4. Daher gelten die diesbezüglichen Ausführungen auch für den Überströmrohrabschnitt 6.2 des Heizmodules 1.1. Die Überströmöffnungen 7.1 sind umfänglich in den Überströmrohrabschnitt 6.2 eingebracht und weisen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreisförmige Querschnittsgeometrie auf. Somit bildet der Überströmrohrabschnitt 6.2 bzw. seine Überströmöffnungen 7.1 den Eingang und damit die Strömungsverbindung zwischen dem Hauptstrang 2.1 und den Nebenstrang 3.1. Im Unterschied zu dem Heizmodul 1 tritt bei dem Heizmodul 1.1 der Abgasstrom, der durch Nebenstrang 3.1 geleitet werden soll, in radialer Richtung innenseitig und somit aus der inneren Mantelfläche des Hauptstranges 2.1 aus und in den Nebenstrang 3.1 ein. Ein HC-Injektor 14.1 befindet sich in axialer Anordnung bezüglich seiner Einspritzdüse zum Nebenstrang 3.1 angeordnet, also ebenso wie der HC-Injektor 14 des Heizmodules 1. Die Eingangsöffnung für den Zustrom des Abgases in den Hauptstrang kann alternativ auch tangential oder axial in Bezug auf die Hauptstromungsrichtung des Abgases durch das Heizmodul 1.1 ausgeführt sein. Bei einer axial angeordneten Eingangsöffnung kann diese, wenn gewünscht, ringförmig ausgebildet sein.
Auch bei dem Heizmodul 1.1 sind der Übersicht halber die elektrischen Anschlüsse für das Heizelement 13.1 nicht dargestellt.
Der Hauptstrang 2.1 umgibt somit den Nebenstrang 3.1 und bildet somit eine Ringkammer. In diese Ringkammer ist eine Wendel 16 als Leitelement eingesetzt, durch welches der in radialer Richtung in den Hauptstrang 2.1 einströmende Abgasstrom eine rotatorische Bewegungskomponente erfährt. Mithin wird durch diese Ausgestaltung der durch den Hauptstrang 2.1 strömende Abgasstrom in eine Rotationsbewegung versetzt. Durch die Wendel 16, die sich über die gesamte Höhe der Ringkammer erstreckt, ist gleichzeitig ein sich wendelförmig um den Nebenstrang 3.1 erstreckender Strömungskanal ausgebildet. Dieser Kanal wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel genutzt, um dann eine Abgasklappe 5.1 anzuordnen. Diese ist, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4, durch einen Aktuator 4.1 angesteuert. Die Abgasklappe 5.1 ist um eine radial zur Längsachse des Nebenstranges 3.1 verlaufende Drehachse verschwenkbar. In 5 ist die Abgasklappe 5.1 in ihrer Offenstellung gezeigt. Durch die Ausbildung des durch die Wendel 16 geschaffenen Strömungskanals, der letztendlich den strömungstechnisch wirksamen Teil des Hauptstranges 2.1 darstellt, wird der durch den Hauptstrang 2.1 geleitete Abgasstrom um die Mantelfläche des Nebenstranges 3.1 geleitet. Dieser längere Durchströmungsweg hat zum Vorteil, dass je nach Betriebszustand durch die Temperatur des einströmenden Abgases der im Nebenstrang 3.1 angeordnete Oxidationskatalysator 12.1 erwärmt wird, mithin typischerweise zumindest angenähert die Temperatur des Abgases aufweist. Daher ist es bei diesem Ausführungsbeispiel grundsätzlich nicht erforderlich zum Vorerwärmen des Oxidationskatalysators 12.1 vor einem Betrieb des katalytischen Brenners den Abgasstrom oder einen Teil desselben durch den Nebenstrang 3.1 zu leiten. Ist der katalytische Brenner in Betrieb, wird die durch den Nebenstrangabschnitt 11.1 abgegebene Wärme nicht an die Umgebung, sondern an den durch den Hauptstrang 2.1 strömenden Abgasteilstrom übertragen. Es versteht sich, dass zum Zwecke der Erwärmung des Oxidationskatalysators 12.1 einerseits oder des durch den Hauptstrang 2.1 strömenden Abgasteilstromes andererseits die längere Strömungsstrecke des Hauptstranges infolge der durch die Wendel 16 ausgebildeten Strömungskammer eine besonders effektive Wärmeübertragung gewährleistet.
6 zeigt eine Darstellung bei einem Betrieb des Heizmodules 1.1, die prinzipiell der Darstellung der 4 zu dem Heizmodul 1 entspricht. Eingetragen sind in diese in einer schematisierten An- bzw. Einsicht Strömungspfeile. Der durch die Überströmöffnungen 7.1 des Überströmrohrabschnittes 6.2 in den Nebenstrang 3.1 einströmende Abgasstrom ist durch die Pfeile mit gestrichelter Umrandung kenntlich gemacht, da der diesbezügliche Abgasstrom innerhalb des Nebenstranges 3.1 liegt. Die Abgasklappe 5.1 befindet sich zum Erhöhen des Abgasgegendruckes im Hauptstrang 2.1 in ihrer gegenüber der Darstellung in 5 um 90 Grad gedrehten Stellung. In dieser Stellung verschließt die Abgasklappe 5.1 den Strömungskanal nicht vollständig, wie nachstehend zu 7a, 7b erläutert, sodass ein geringer Abgasteilstrom durch den Hauptstrang 2.1 strömt. Die Rotation dieses Abgasteilstromes um den Nebenstrang 3.1 ist schematisiert durch Pfeile dargestellt.
Aus der Querschnittsdarstellung der 7a durch das Heizmodul 1.1 in Längserstreckung desselben kurz vor der Abgasklappe 5.1 wird die Geometrie der Abgasklappe 5.1 in ihrer Offenstellung (siehe auch 5) deutlich. Die rotatorische Strömung des Abgasstromes durch den Hauptstrang 2.1 ist durch Blockpfeile angedeutet. Gut erkennbar ist auch die konzentrische Anordnung des Nebenstrangabschnittes 11.1 mit dem in der Schnittebene angeordneten Oxidationskatalysator 12.1 zu dem Hauptstrang 2.1. Die Abgasklappe 5.1 weist in radialer Richtung nach außen einen gekrümmten Abschluss 18 auf, der an die Krümmung des den Hauptstrang 2.1 einfassenden Gehäuses angepasst ist. Befindet sich die Abgasklappe 5.1 dagegen in ihrer Geschlossenstellung, wie dieses in 7b gezeigt ist, wird deutlich, dass aufgrund des Abschlusses 18 in dieser Stellung der Hauptstrang 2.1 durch die Abgasklappe 4.1, wie vorbeschrieben, nicht vollständig verschlossen werden kann, sodass in dieser Stellung an der Abgasklappe 5.1 ein gewisser Abgasteilstrom durch den Hauptstrang 2.1 vorbeiströmt.
Am Ausgang des Nebenstranges 3.1 befindet sich ein in den Figuren nicht dargestelltes Lochblech. Sowohl der Hauptstrang 2.1 als auch der Nebenstrang 3.1 münden in eine sich konisch verjüngende Mischkammer 17. In diese tritt der durch den Hauptstrang 2.1 geleitete Abgasteilstrom als rotierende Ringströmung ein, der den in die Mischkammer 17 mündenden, durch den Nebenstrang 3.1 strömenden Abgasstrom einfasst. Die durch die Verjüngung der Mischkammer 17 gebildete Einschnürung und der Drall des durch den Hauptstrang 2.1 in diese mündende Abgasteilstrom bedingen eine besonders effektive Vermischung der beiden Abgasteilströme auf sehr kurzer Strecke. Bei der Zusammenführung der beiden Abgasteilströme kann der der aus dem Nebenstrang 3.1 strömende Abgasteilstrom ebenfalls durch Vorsehen einer entsprechenden Blende als konzentrische Ringströmung zu dem aus dem Hauptstrang 2.1 austretenden Abgasteilstrom in die Mischkammer 17 eintreten. Sind bei einer solchen Ausgestaltung zusätzlich eines oder mehrere Leitelemente vorgesehen, kann auch der aus dem Nebenstrang 3.1 austretende Abgasteilstrom als Drallströmung in die Mischkammer 17 münden, wobei für die Zwecke einer intensiven Vermischung der Drall des aus dem Nebenstrang 3.1 austretenden Abgasteilstrom entgegengesetzt zu dem Drall des durch den Hauptstrang 2.1 strömenden Abgasteilstroms gerichtet ist. Ebenfalls ist es möglich, dass die Abgasteilströme durch entsprechende Leitelemente aufeinander zu gerichtete radiale Strömungskomponenten beim Einströmen in die Mischkammer 17 aufweisen.
Schematisiert ist in 6 ebenfalls der Sprühkegel S des HC-Injektors 14.1 dargestellt. Durch das radiale Einströmen des Abgases aus dem Hauptstrang 2.1 durch die Überströmöffnungen 7.1 in den Nebenstrang 3.1 sind wirksam Spray-off-Ablagerungen des HC-Injektors 14.1 an der Innenseite des Überströmrohrabschnittes 6.2 und dem daran angrenzenden Nebenstrangabschnitt 11.1 vermieden.
Das dem Heizmodul 1.1 zugrundeliegende Konzept gewährleistet nicht nur eine temperatureffiziente Ausgestaltung des Heizmodules sondern auch eine besonders raumsparende Auslegung.
Bei dem in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die die Ausgänge der beiden Stränge 2.1, 3.1 anschließende Mischkammer 17 konisch in Hauptstromungsrichtung des Abgases verjüngt. Eine solche Verjüngung ist grundsätzlich nicht erforderlich. Vielmehr kann die Mischkammer auch zylindrisch ausgebildet sein, an welchen zylindrischen Abschnitt sich nach kurzer Strömungsstrecke bereits dasjenige Abgasreinigungsaggregat anschließen kann, dem die durch das Heizmodul 1.1 bereitgestellte Temperatur zugeführt werden soll.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, die Erfindung verwirklichen zu können, ohne dass dieses im Einzelnen im Rahmen dieser Beschreibung dargelegt werden müsste. Gleichwohl zählen auch diese Ausgestaltungen zum Offenbarungsgehalt dieser Ausführungen.
Bezugszeichenliste

1, 1.1: Heizmodul
2, 2.1: Hauptstrang
3, 3.1: Nebenstrang
4, 4.1: Aktuator
5, 5.1: Abgasklappe
6, 6.1, 6.2: Überströmrohrabschnitt
7, 7.1: Überströmöffnung
8, 8.1: Überströmumlenkkammer
9, 9.1: Umlenkkammerteil
10, 10.1: Montageflansch
11, 11.1: Nebenstrangabschnitt
12, 12.1: Oxidationskatalysator
13, 13.1: Heizelement
14, 14.1: HC-Injektor
15: Temperatursensor
16: Wendel
17: Mischkammer
18: Abschluss
A: Abgasstrang
S: Sprühkegel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202009005251 U1 [0003]

Claims

Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalytischen Brenner mit einem HC-Injektor (14, 14.1) und mit einem dem HC-Injektor (14, 14.1) in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Oxidationskatalysator (12, 12.1) zum Zuführen von thermischer Energie an ein Abgasreinigungsaggregat der Abgasreinigungsanlage, wobei das Heizmodul (1, 1.1) über einen Hauptstrang (2, 2.1), über einen den katalytischen Brenner (12, 14; 12.1, 14.1) enthaltenen Nebenstrang (3, 3.1) sowie über eine Einrichtung (4, 5; 4.1, 5.1) zum Steuern des den Nebenstrang (3, 3.1) durchströmenden Abgasmassenstroms verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrang (2, 2.1) im Eingangsbereich des Heizmoduls (1, 1.1) einen Überströmöffnungen (7, 7.1) aufweisenden Überströmrohrabschnitt (6, 6.2) aufweist, durch welche Überströmöffnungen (7, 7.1) eine Strömungsverbindung zwischen dem Hauptstrang (2, 2.1) und dem Nebenstrang (3, 3.1) hergestellt ist.
Heizmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmöffnungen (7, 7.1) gleichmäßig über den Umfang des Überströmrohrabschnitts (6, 6.1, 6.2) verteilt angeordnet sind.
Heizmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnittsflächen der Überströmöffnungen (7, 7.1) des Überströmrohrabschnittes (6, 6.1, 6.2) größer ist als die Querschnittsfläche des Hauptstranges (2, 2.1) im Überströmrohrabschnitt (6, 6.1, 6.2).
Heizmodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnittsflächen der Überströmöffnungen (7, 7.1) der Überströmrohrabschnittes (6, 6.1, 6.2) 1,2–1,5, insbesondere etwa 1,3-mal größer ist als die Querschnittsfläche des Hauptstranges (2, 2.1) im Überströmrohrabschnitt (6, 6.1, 6.2).
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Hauptstrang (2.1) und Nebenstrang (3.1) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Heizmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrang (2.1) und der Nebenstrang (3.1) in axialer Richtung in eine Mischkammer (17) münden.
Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (17) in Hauptströmungsrichtung des Abgases verjüngt ist.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptstrang (2.1) wenigstens ein zumindest abschnittsweise wendelförmiges Leitblech (16) eingesetzt ist, durch das der den Hauptstrang (2.1) durchströmende Abgasstrom eine rotative Bewegungskomponente erhält.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang (3.1) unter Zwischenschaltung eines Lochbleches in die Mischkammer (17) mündet.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang unter Zwischenschaltung einer Blende in die Mischkammer mündet, wobei die Blendenöffnung eine Ringstruktur aufweist.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang, dem katalytischen Brenner nachgeschaltet, über wenigstens ein auf den durch den Nebenstrang strömenden Abgasstrom Einfluss nehmendes Leitelement verfügt, durch das der von dem Nebenstrang in die Mischkammer strömende Abgasstrom eine rotative Bewegungskomponente erhält.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang (3) ausgangsseitig mittels eines Überströmöffnungen aufweisenden zweiten Überströmrohrabschnittes (6.1) in Strömungsverbindung mit dem Hauptstrang (2) steht.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überstromrohrabschnitte (6, 6.1) von jeweils einer in radialer Richtung von dem Hauptstrang (2) abgehenden Überströmumlenkkammer (8, 8.1) eingefasst sind, zwischen welchen Überströmumlenkkammern (8, 8.1) sich parallel zum Hauptstrang (2) des Heizmoduls (1) der Nebenstrangabschnitt (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) befindet.
Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalytischen Brenner mit einem HC-Injektor (14) und mit einem dem HC-Injektor (14) in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Oxidationskatalysator (12) zum Zuführen von thermischer Energie an ein Abgasreinigungsaggregat der Abgasreinigungsanlage, wobei das Heizmodul (1) über einen Hauptstrang (2), über einen den katalytischen Brenner (12, 14) enthaltenen Nebenstrang (3) sowie über eine Einrichtung (4, 5) zum Steuern des den Nebenstrang durchströmenden Abgasmassenstroms verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang (3) eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils über eine in radialer Richtung von dem Hauptstrang (2) abgehende Umlenkkammer (8, 8.1) verfügt, zwischen welchen Umlenkkammern (8, 8.1) sich parallel zum Hauptstrang (2) des Heizmoduls (1) der Nebenstrangabschnitt (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) befindet.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche der eingangsseitigen Umlenkkammer (8) in Strömungsrichtung des Abgases erweitert, sich die Querschnittsfläche der ausgangsseitigen Umlenkkammer (8.1) in Strömungsrichtung des Abgases verjüngt und der Nebenstrangabschnitt (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) zwischen den in Bezug auf ihre Querschnittsfläche größeren Abschnitten der Umlenkkammern (8, 8.1) angeordnet ist.
Heizmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des sich zwischen den Umlenkkammern (8, 8.1) erstreckenden Nebenstrangabschnittes (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) mehr als doppelt so groß ist wie die Querschnittsfläche im Hauptstrang (2).
Heizmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkkammern (8, 8.1) aus jeweils zwei miteinander verbundenen Blechumformteilen zusammengesetzt sind.
Heizmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkkammern (8, 8.1) zumindest teilweise in Bezug auf diese bildende Umlenkkammerteile zumindest in einer Vorfertigungsstufe Gleichteile aufweisen, etwa die im Heizmodul (1) zueinander weisenden Umlenkkammerteile (9.1) Gleichteile sind.
Heizmodul nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das außen liegende Umlenkkammerteil (9) der eingangsseitigen Umlenkkammer (8) zum Anschließen des HC-Injektors (14) eine HC-Injektoröffnung mit einem nach außen gebördelten Kragen aufweist.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der HC-Injektor (14, 14.1) mit seiner Zerstäuberdüse in der Flucht der Längsachse des den Oxidationskatalysator (12, 12.1) enthaltenen Nebenstrangabschnittes (11, 11.1) angeordnet ist.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Nebenstrang (3, 3.1) dem HC-Injektor (14, 14.1) in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschaltet und dem Oxidationskatalysator (12, 12.1) vorgeschaltet ein elektrothermisches Heizelement (13, 13.1) eingeschaltet ist.
Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4, 5; 4.1, 5.1) zum Steuern des den Nebenstrang (3, 3.1) durchströmenden Abgasmassenstroms im Hauptstrang (2, 2.1) des Heizmoduls (1, 1.1) angeordnet ist.