DE202015102092U1

DE202015102092U1 - Abgasreinigungsbaugruppe

Info

Publication number: DE202015102092U1
Application number: DE202015102092.9U
Authority: DE
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2015-08-11
Anticipated expiration: 2025-04-28
Also published as: FR3020834B1; FR3020834A1

Abstract

Abgasreinigungsbaugruppe, wobei die Baugruppe (1) Folgendes aufweist: – eine stromaufwärtige Leitung (3), in der ein erstes Abgasreinigungsorgan (5) angeordnet ist, – eine stromabwärtige Leitung (7), in der ein zweites Abgasreinigungsorgan (9) angeordnet ist, wobei die stromaufwärtige Leitung (3) und die stromabwärtige Leitung (7) parallel zueinander angeordnet sind, – ein Volumen (11), das zur stromaufwärtigen und zur stromabwärtigen Leitung durch eine Wand (12) begrenzt ist, die einen mit der stromaufwärtigen Leitung (3) verbundenen Abgaseinlass (13) und einen mit der stromabwärtigen Leitung (7) verbundenen Abgasauslass (15) aufweist, wobei das Volumen (11) einen Durchlassweg (22) begrenzt, der die Abgase in einer Hauptströmungsrichtung von dem Einlass (13) zum Auslass (15) leitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (11) zwischen dem Einlass (13) und dem Auslass (15) ein Leitblech (32) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Abgase von der Wand (12) wegzuleiten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kraftfahrzeugabgasleitungen.
Die Erfindung betrifft genauer gesagt eine Abgasreinigungsbaugruppe, wobei die Baugruppe der Art ist mit:

– einer stromaufwärtigen Leitung, in der ein erstes Abgasreinigungsorgan angeordnet ist,
– einer stromabwärtigen Leitung, in der ein zweites Abgasreinigungsorgan angeordnet ist, wobei die stromaufwärtige Leitung und die stromabwärtige Leitung parallel zueinander angeordnet sind,
– einem Volumen, das zu der stromaufwärtigen und zu der stromabwärtigen Leitung durch eine Wand begrenzt ist, die einen mit der stromaufwärtigen Leitung verbundenen Abgaseinlass und einen mit der stromabwärtigen Leitung verbundenen Abgasauslass aufweist, wobei das Volumen eine Durchlassbahn begrenzt, die die Abgase gemäß einer Hauptströmungsrichtung von dem Einlass zum Auslass leitet.

Die FR 2 977 633 A1 beschreibt eine derartige Reinigungsbaugruppe, die ferner mit einem Organ zum Einspritzen eines Stickstoffreduktionsmittels in das Volumen ausgestattet ist. Bei starkem Gasdurchsatz ist auf Höhe des zweiten Reinigungsorgans eine schlechte Verteilung des Reduktionsmittels in den Abgasen zu beobachten.
Die FR 2 977 632 A1 zeigt eine derartige Abgasreinigungsbaugruppe mit einer Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines Stickstoffoxidreduktionsmittelstrahls in flüssiger Form in das Volumen vorgesehen ist.
Die US 2010/223916 A1 betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die mit einem Reduktionskatalysator ausgestattet ist, der im Abgasdurchgang stromabwärts des Wendeabschnitts angeordnet ist und das Reduktionsmittel zur Reduktion und Reinigung der Stickstoffoxide verwendet.
In diesem Kontext besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Reinigungsbaugruppe vorzuschlagen, bei der die Vermischung des Reduktionsmittels mit den Abgasen verbessert ist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Abgasreinigungsbaugruppe der vorgenannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Volumen zwischen Einlass und Auslass ein Leitblech aufweist, das dazu ausgelegt ist, die Abgase von der Wand wegzuleiten.
Wenn das Leitblech fehlt, strömt ein Teil der Abgase ausgehend von dem Einlass entlang Stromlinien, die dicht an der Wand verlaufen und direkt zum Ausgang münden. Dieser Teil der Abgase hat einen relativ kurzen und recht wenig turbulenten Weg. Die Vermischung des Reduktionsmittels mit diesem Teil der Abgase ist nicht gut.
Dieses Leitblech wirkt derart, dass der Teil der Abgase in einem Bereich des Volumens, in dem eine turbulentere Strömung der Abgase erfolgt, von der Wand weggeleitet wird. Dies trägt zunächst dazu bei, den Weg des Teils der Abgase zu verlängern. Darüber hinaus werden dadurch die Turbulenzen in diesem Teil der Abgase und auch in der gesamten Durchlassbahn erhöht. Dadurch wird das Reduktionsmittel auf Höhe des Auslasses homogener in den Abgasen verteilt.
Die Baugruppe kann auch eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:

– das Leitblech ist an der Wand angesetzt,
– das Leitblech weist einen mit der Wand fest verbundenen Boden auf, der sich von der Wand entfernt, wenn man dem Boden von dem stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil folgt,
– das Leitblech weist einen Flügel auf, der sich im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung erstreckt und mit einem Seitenrand des Bodens fest verbunden ist,
– der Flügel ist auf der Seite des Bodens konkav,
– der Boden weist mindestens eine Öffnung auf,
– der Boden weist Kanäle auf, die im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufen,
– der Boden ist zur Wand konkav,
– eine mittlere Gerade unterteilt den Einlass in einen ersten und einen zweiten Bereich, die den gleichen Durchlassquerschnitt für die Abgase bieten,
– die Baugruppe weist ein Umkehrleitblech auf, das im Volumen gegenüber der Öffnung angeordnet ist, wobei das orthogonal auf den Einlass vorspringende Leitblech mindestens 75% des ersten Bereichs und mindestens 25% des zweiten Bereichs bedeckt, wobei das Leitblech und das Volumen so angeordnet sind, dass ein Teil der über den ersten Bereich des Einlasses eindringenden Abgase in dem Volumen entlang Stromlinien strömt, die um das Umkehrleitblech ein Umkehrung bilden,
– die Baugruppe weist gegenüber oder unmittelbar stromabwärts des Umkehrleitblechs eine Vorrichtung zum Einspritzen eines Mittels zur Reduktion der Stickstoffoxide in die Durchlassbahn auf,
– das Umkehrleitblech weist entlang der Durchlassbahn eine konkave Kerbe auf, deren Konkavität entgegengesetzt zum Einlass gerichtet ist, wobei sich die konkave Kerbe in einer Richtung erstreckt, die zur mittleren Gerade im Wesentlichen senkrecht verläuft,
– die Durchlassbahn weist einen Tangentialabschnitt auf, der in Bezug auf den Einlass und auf den Auslass im Wesentlichen tangential ausgerichtet ist und in dem das Leitblech eingesetzt ist,
– der Einlass und der Auslass haben jeweils eine Mitte, die entlang einer Hauptachse ausgerichtet sind, wobei der Tangentialabschnitt auf einer Seite der Hauptachse liegt und das Leitblech einen Flügel aufweist, der im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft und mit einem zur Hauptachse gewandten Seitenrand des Bodens fest verbunden ist,
– das erste Reinigungsorgan hat einen ersten Durchlassquerschnitt für die Abgase, wobei der Tangentialabschnitt auf Höhe des Leitblechs einen zweiten Durchlassquerschnitt hat, der weniger als 75% des ersten Durchlassquerschnitts beträgt, und
– die Durchlassbahn weist gegenüber dem Einlass einen Abschnitt auf, der vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil konvergiert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung, die nachfolgend beispielhaft und keineswegs einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Figuren angegeben ist, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Reinigungsbaugruppe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
2 1 ähnlich ist, wobei die Abdeckkappe nicht dargestellt ist, um den Einlass, den Auslass, das erste und das zweite Leitblech und einige Stromlinien sichtbar zu machen,
3 eine Seitenansicht der Baugruppe aus 2 ist,
die 4 und 5 Schnittansichten entlang der in 2 dargestellten Linien IV und V sind,
6 eine 2 ähnliche Ansicht ist, die die Stromlinien in einer Baugruppe ohne das erste Leitblech zeigt,
7 eine Seitenansicht der Baugruppe aus 6 ist und
die 8 bis 11 perspektivische Ansichten verschiedener Varianten des ersten Leitblechs sind.
Die in den 1 bis 5 gezeigte Baugruppe 1 dient zur Reinigung von Abgasen aus einem Kraftfahrzeugverbrennungsmotor. Sie dient insbesondere zur Reinigung von Abgasen, die aus einem Dieselmotor stammen.
Wie in 4 zu sehen ist, weist die Baugruppe 1 Folgendes auf:

– eine stromaufwärtige Leitung 3, in der ein erstes Abgasreinigungsorgan 5 angeordnet ist,
– eine stromabwärtige Leitung 7, in der ein zweites Abgasreinigungsorgan 9 angeordnet ist,
– ein Volumen 11, das zur stromaufwärtigen und zur stromabwärtigen Leitung durch eine Wand 12 begrenzt ist, wobei die Wand 12 einen mit der stromaufwärtigen Leitung 3 verbundenen Abgaseinlass 13 und einen mit der stromabwärtigen Leitung 7 verbundenen Abgasauslass 15 aufweist.

Bei dem dargestellten Beispiel weist die Baugruppe 1 eine Einspritzvorrichtung 17 auf, die dazu geeignet ist, ein Mittel zur Reduktion von Stickstoffoxiden in das Volumen 11 einzuspritzen.
Die stromaufwärtige Leitung 3 ist stromaufwärts mit einem (nicht dargestellten) Abgaskrümmer verbunden, der die aus den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors austretenden Abgase sammelt. Weitere Einrichtungen, z. B. ein Turbokompressor, sind möglicherweise zwischen der stromaufwärtigen Leitung und dem Abgaskrümmer angeordnet.
Das erste Reinigungsorgan 5 ist üblicherweise ein Oxidationskatalysator für Dieselmotoren, der unter der Abkürzung DOC bekannt ist. Als Variante weist die stromaufwärtige Leitung mehrere Abgasreinigungsorgane auf, insbesondere mit einem Partikelfilter und einem oder mehreren Oxidations- oder Reduktionskatalysatoren.
Das erste Reinigungsorgan 5 ist innerhalb der stromaufwärtigen Leitung 3 so angeordnet, dass die Abgase dieses Organ 5 durchqueren müssen, wenn diese Abgase von dem Abgaskrümmer bis zum Einlass 13 zirkulieren.
Das erste Reinigungsorgan 5 weist eine Auslassfläche 19 auf, über die die Abgase aus dem Organ 5 austreten. Die Fläche 19 fällt im Wesentlichen mit dem Einlass 13 zusammen. Die stromaufwärtige Leitung 3 mündet direkt in den Einlass 13. Als Variante ist die Auslassfläche 19 stromaufwärts mit geringem Abstand zum Einlass 13 versetzt.
Die stromabwärtige Leitung 7 ist stromabwärts mit einem (nicht dargestellten) Abgasrohr verbunden, über das die Abgase nach der Reinigung wieder zur Atmosphäre abgegeben werden. Weitere Einrichtungen, wie etwa Schalldämpfer, sind zwischen der stromabwärtigen Leitung und dem Abgasrohr angeordnet.
Das zweite Reinigungsorgan 9 ist ein unter dem Namen SCR-Katalysator bekannter Katalysator: Selective Catalytic Reduction. Der SCR-Katalysator ist dazu vorgesehen, die in den Abgasen enthaltenen NOx mit einem vorhandenen Mittel zur Reduktion von Stickstoff, wie etwa Ammoniak NH3, zu gasförmigem Stickstoff N2 zu reduzieren. Die stromabwärtige Leitung kann nicht nur einen SCR-Katalysator, sondern auch einen Partikelfilter und/oder einen oder mehrere andere Katalysatoren oder Reduktoren, die in der stromabwärtigen Leitung stromaufwärts oder stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet sind, oder auch einen SCRF aufweisen, der sowohl die Funktion des Partikelfilters als auch die des SCR-Katalysators übernimmt.
Das zweite Reinigungsorgan 9 ist in der stromabwärtigen Leitung angeordnet, so dass die über den Auslass 15 austretenden und zum Rohr zirkulierenden Abgase das Organ 9 durchqueren müssen. Das Organ 9 weist eine Einlassfläche 21 auf, über die die Abgase in das Organ 9 eintreten. Diese Einlassfläche 21 liegt so, dass sie im Wesentlichen mit dem Auslass 15 zusammenfällt. Als Variante ist die Einlassfläche entlang der stromabwärtigen Fläche im Abstand zum Auslass 15 versetzt. Als Variante ist zwischen dem Einlass 15 und dem Organ 9 ein Partikelfilter oder ein anderer Katalysator angeordnet.
Die stromaufwärtige Leitung 3 und die stromabwärtige Leitung 7 sind im Wesentlichen parallel zueinander. Sie sind aneinandergereiht. Darunter ist zu verstehen, dass aus Gründen der Kompaktheit die stromaufwärtige Leitung 3 und die stromabwärtige Leitung 7 nebeneinander liegen. Genauer gesagt liegen die jeweiligen Teile der stromaufwärtigen Leitung 3 und der stromabwärtigen Leitung 7, die nahe dem Volumen 11 angeordnet sind, nebeneinander. Diese Teile umfassen üblicherweise das erste und das zweite Reinigungsorgan.
Der Begriff nebeneinander wird hier so verwendet, dass dies bedeutet, dass die jeweiligen Mittelachsen X und Y der stromaufwärtigen Leitung 3 und der stromabwärtigen Leitung 7 (s. 4) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen oder geringfügig zueinander geneigt sind und nahe beieinander liegen.
Die stromaufwärtige und stromabwärtige Leitung 3, 7 liegen einander gegenüber. Mit anderen Worten weisen die stromaufwärtige und die stromabwärtige Leitung 3, 7 jeweils Seitenflächen auf, die einander im Wesentlichen gegenüberliegen.
Die Abgase zirkulieren in zueinander entgegengesetzten Richtungen durch das erste Reinigungsorgan 5 und durch das zweite Reinigungsorgan 9.
Das Volumen 11 begrenzt eine Durchlassbahn 22, die die Abgase gemäß einer Hauptströmungsrichtung vom Einlass 13 zum Auslass 15 leitet.
Bei dem dargestellten Beispiel weist das Volumen 11 eine Brille 23 auf, in der der Einlass 13 und der Auslass 15 angeordnet sind, sowie eine Abdeckkappe 25, die an der Brille angesetzt ist. Die Brille 23 bildet hier die Wand 12.
Die Brille 23 ist ein tiefgezogenes Metallteil. Der Einlass 13 und der Auslass 15 sind beispielsweise kreisförmig. Sie liegen in ein und derselben Ebene, wie in den 2 und 3 gezeigt, oder in zwei zueinander parallelen und geringfügig zueinander versetzten Ebenen, wie in 4 veranschaulicht.
Die Brille 23 hat eine gemäß einer Hauptachse P langgestreckte Form, wobei die Achse durch die Mitte C und C' des Einlasses 13 bzw. des Auslasses 15 verläuft (2). Der Einlass und der Auslass nehmen zwei Enden der Brille ein. Der Einlass 13 nimmt im Wesentlichen ein komplettes Ende der Brille ein, und der Auslass 15 nimmt ebenso ein komplettes zweites Ende der Brille ein. Die Brille weist jedoch einen massiven Mittelabschnitt 27 zwischen dem Einlass und dem Auslass auf. Die Breite des Mittelabschnitts 27, parallel zur Hauptachse gesehen, wird durch den Abstand zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Leitung vorgegeben.
Die Abdeckkappe 25 ist ein Metallteil mit konkaver Form, das die Brille bedeckt. Sie weist somit ein Innenvolumen mit komplexer Form und eine Öffnung auf, die durch einen Umfangsrand 29 begrenzt ist. Die Brille 23 schließt die Öffnung, wobei der Umfangsrand 31 der Brille dicht mit dem Umfangsrand 29 der Öffnung zusammengefügt ist. Die Ränder 29 und 31 sind beispielsweise in dichter Weise aneinander geschweißt.
Die Abdeckkappe 25 definiert die Durchlassbahn 22 in dem Sinne, dass die verschiedenen Abschnitte der Durchlassbahn der Abgase durch Umformen der Abdeckkappe 25 erhalten werden.
Die Baugruppe 1 weist ferner ein Leitblech 32 auf, das im Volumen 11 angeordnet ist.
Das Leitblech 32 ist zwischen dem Einlass 13 und dem Auslass 15 angeordnet und so ausgebildet, dass es die Abgase von der Wand 12 wegleitet.
Die Baugruppe 1 weist vorzugsweise ferner ein Umkehrleitblech 33 auf, das gegenüber dem Einlass 13 im Volumen 11 angeordnet ist. Das Leitblech 33 ist so angeordnet, dass ein Teil der über den Einlass 13 eintretenden Abgase gemäß Stromlinien, die eine Umkehrung um das Leitblech 33 bilden, in das Volumen 11 strömen.
Dazu wird eine mittlere Gerade betrachtet, die den Einlass 13 in einen ersten und einen zweiten Bereich 37, 39 unterteilt, die den gleichen Durchlassquerschnitt für die Abgase bieten, und das zweite Leitblech 33 wird so angeordnet, dass durch das orthogonale Vorspringen auf den Eingang 13 dieses mindestens 75% des ersten Bereichs 37 des Einlasses und mindestens 25% des zweiten Bereichs 39 bedeckt.
Damit die Reinigungsbaugruppe keinen zu hohen Lastverlust erzeugt, darf das Umkehrleitblech die über den zweiten Bereich eintretenden Abgase nicht umleiten und darf somit nur einen geringen Anteil dieses zweiten Bereichs bedecken. Das Leitblech muss jedoch einen großen Teil der über den ersten Bereich in das Volumen eintretenden Abgase umleiten. Um dieses Ergebnis zu erhalten, ist im Leitblech gegenüber dem ersten Bereich des Einlasses ein massiver Teil oder ein Teil mit nur einer oder mit mehreren kleinen Öffnungen vorgesehen.
Das Leitblech dehnt sich zum Beispiel überhaupt nicht gegenüber dem zweiten Bereich aus. Als Variante dehnt sich das Leitblech gegenüber dem zweiten Bereich geringfügig aus und bedeckt nur einen geringen Teil dieses zweiten Bereichs, so dass die Zirkulation der über den zweiten Bereich eintretenden Abgase nicht behindert wird.
Unter orthogonalem Vorspringen auf den Einlass ist das Vorspringen gemäß einer Richtung gemeint, die senkrecht zu der Ebene verläuft, in der der Einlass 13 liegt.
Die weiter oben genannte Mittellinie ist eine fiktive Linie und entspricht nicht einer Linie, die den Einlass physisch in zwei getrennte Bereiche unterteilt. Es wird lediglich auf diese Mittellinie verwiesen, um die Erfindung zu kennzeichnen.
Dies spiegelt einfach die Tatsache wieder, dass das Leitblech dazu vorgesehen ist, in erster Linie eine Hälfte des Einlasses zu bedecken und sich nur geringfügig über die andere Hälfte des Einlasses zu erstrecken. Somit entspricht in der Darstellung von 2 die Mittellinie der Schnittebene V.
Das Umkehrleitblech bedeckt vorzugsweise mindestens 75% des ersten Bereichs oder weiter vorzugsweise mindestens 85% des ersten Bereichs und weiterhin vorzugsweise mindestens 90% des ersten Bereichs. Das Umkehrleitblech bedeckt weniger als 25% des zweiten Bereichs, vorzugsweise weniger als 15% des zweiten Bereichs und weiter vorzugsweise weniger als 10% des zweiten Bereichs.
Das Umkehrleitblech 33 ist üblicherweise mit dem Umfangsrand 35 des Einlasses fest verbunden. Es wird beim Tiefziehen der Brille erhalten. Das Leitblech 33 entfernt sich ausgehend von dem Rand 35 zum Inneren des Volumens 11 von der Ebene des Einlasses 3.
Das Umkehrleitblech 33 weist genauer gesagt einen freien Rand 41 und einen Rand 43 auf, der mit dem Umfangsrand 35 des Einlasses 13 verbunden ist.
Wie in 2 zu sehen, weist das Umkehrleitblech 33 mehrere Öffnungen 49 auf. Die Öffnungen 49 haben bezogen auf die Größe des Einlasses 13 eine kleine Größe.
Durch diese Öffnungen ist es möglich, dass ein Teil der in den ersten Bereich eintretenden Abgase einem direkten Weg folgen, d. h. dass sie nicht von dem Leitblech umgeleitet werden. Diese Gase durchqueren das Leitblech und vermischen sich mit dem Abgasstrom, der entlang der Fläche des Leitblechs, die zum Eingang entgegengesetzt ist, hinunter strömt. Dies trägt dazu bei, den Grad an Turbulenzen in den Abgasen zu erhöhen.
Wie in 4 zu sehen, weist die Durchlassbahn 12 zunächst einen Einlassabschnitt 51 zwischen dem Umkehrleitblech 33 und dem Einlass 13 auf. In dem Einlassabschnitt 51 werden die über den ersten Bereich 37 des Einlasses eintretenden Abgase von dem Leitblech 33 zum zweiten Bereich 39 des Einlasses umgelenkt. Sie strömen entlang einer Fläche 53 des Leitblechs 33, die zum Einlass 13 zugewandt ist. Wenn sie den freien Rand 41 erreichen, strömen die Abgase entlang Stromlinien, die eine Umkehrung um das Leitblech 33 und genauer gesagt um den freien Rand 41 des Leitblechs bilden. Somit haben die Stromlinien Umkehrungen von 180°. Nachdem sie den freien Rand 41 überschritten haben, strömen die Abgase entlang der Fläche 55 des Leitblechs, die zum Einlass 13 entgegengesetzt ist. Die Abgase strömen dann in umgekehrter Richtung entlang der Fläche 53 und entlang der Fläche 55.
Die über den zweiten Bereich 39 eintretenden Abgase werden von dem Umkehrleitblech 33 praktisch nicht umgeleitet. Nachdem sie den freien Rand 41 erreicht haben, strömen sie entlang der Fläche 55 des Leitblechs 33, die zum Einlass 13 entgegengesetzt ist.
Die U-förmige Strömung der über den ersten Bereich eintretenden Gase führt zu internen Drehbewegungen in den Abgasen, was zu einer Erhöhung des Grads an Turbulenzen im Abgasstrom führt.
Wenn die Abgasreinigungsbaugruppe mit einer Vorrichtung zum Einspritzen eines Mittels zur Reduktion der Stickstoffoxide ausgestattet ist, ist es durch diese Turbulenzen möglich, das Reduktionsmittel schneller innerhalb der Abgase zu verteilen. Die Turbulenzen begünstigen die Verbreitung des Reduktionsmittels im Gasstrom.
Diese Turbulenzen sind insbesondere darauf zurückzuführen, dass die über den zweiten Bereich des Einlasses eintretenden Abgase von dem Umkehrleitblech praktisch nicht umgelenkt werden. Im Gegenteil, die über den ersten Bereich eintretenden Abgase unterliegen zwei aufeinanderfolgenden Richtungsänderungen. Eine erste Richtungsänderung erfolgt nach dem Eindringen in das Volumen, um entlang des Leitblechs zu strömen, und eine zweite Richtungsänderung erfolgt, wenn die Gase gegenüber dem zweiten Bereich des Einlasses gelangen und sich mit dem Strom vermischen, der über den zweiten Bereich eintritt. Somit dringt der von dem ersten Bereich stammende Gasstrom mit einem hohen Einfallswinkel von nahezu 90° in den von dem zweiten Bereich stammenden Gasstrom, was zu einer Erhöhung des Grads an Turbulenzen führt.
Wie in 1 zu sehen, weist die Durchlassbahn 12 nach dem Einlassabschnitt 51 einen konvergierenden Abschnitt 57 auf, der gegenüber dem Einlass 13 liegt. Der Abschnitt 57 erstreckt sich zwischen der Abdeckkappe 25 und dem Leitblech 33.
Dieser Abschnitt 57 hat eine konvergierende Form. Der Durchlassquerschnitt, der entlang dem zweiten Abschnitt 57 den Abgasen geboten wird, nimmt genauer gesagt entlang dieses Abschnitts 57 vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil ab.
Diese Verringerung des Durchlassquerschnitts wird durch eine geeignete Umformung der Abdeckkappe 25 erhalten.
Das Umkehrleitblech 33 weist eine konkave Kerbe 59 entlang des konvergierenden Abschnitts 57 auf, dessen Konkavität entgegengesetzt zum Einlass 13 gewandt ist, wobei die konkave Kerbe 59 entlang einer zum Leitblech 32 weisenden Längsrichtung langgestreckt ist.
Die Längsrichtung verläuft im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Gerade. Die Kerbe 59 erstreckt sich im Wesentlichen radial von dem freien Rand 41 bis zum verbundenen Rand 43.
Die Durchlassbahn 12 weist auch einen Abschnitt 61 auf, der den konvergierenden Abschnitt 57 verlängert und zum Einlass 13 und zum Auslass 15 tangential ausgerichtet ist. Dieser Abschnitt ist in 1 zu sehen. Der stromaufwärtige Teil 63 des Abschnitts 61, der sich an den konvergierenden Abschnitt 57 anschließt, ist im Wesentlichen tangential zum Einlass 13. Er liegt im Wesentlichen in der Verlängerung der konkaven Kerbe 59. Der stromabwärtige Teil 65 verläuft im Wesentlichen tangential zum Auslass 15.
Der Abschnitt 61 ist im Wesentlichen gerade. Er verläuft im Wesentlichen parallel zur Hauptachse P und erstreckt sich entlang eines Rands der Brille.
Dadurch kann die Länge des Wegs der Abgase zwischen dem Einspritzpunkt und dem Auslass vergrößert werden. Die Abgase strömen nämlich nicht direkt geradlinig von einem mittleren Bereich des Einlasses zu einem mittleren Bereich des Auslasses. Die Durchlassbahn der Abgase verläuft im Gegenteil in Umfangsbereichen des Einlasses und des Auslasses, wodurch es möglich ist, eine längere Durchlassbahn in einem Volumen mit bestimmter Form auszubilden.
Das erste Reinigungsorgan 5 hat einen ersten Durchlassquerschnitt für die Abgase, wobei der Tangentialabschnitt 61 auf Höhe des Leitblechs 32 einen zweiten Durchlassquerschnitt hat, der weniger als 75% des ersten Durchlassquerschnitts beträgt.
Die Durchlassbahn 12 weist auch einen spiralförmigen Abschnitt 67 auf, der den Tangentialabschnitt 61 verlängert. Der spiralförmige Abschnitt 67 windet sich um die Mittelachse Y der stromabwärtigen Auslassleitung 7. Er mündet in den Auslass 15.
Der Tangentialabschnitt 61 und der spiralförmige Abschnitt 67 werden durch geeignete Umformung der Abdeckkappe 25 erhalten.
Die Spiralform ermöglicht eine weitere Verlängerung der Strecke der Abgase zwischen dem Punkt des Einspritzens des Reduktionsmittels und dem Auslass. Mit dem spiralförmigen Abschnitt ist es auch möglich, das Abgas in Drehung um eine Achse zu versetzen, die im Wesentlichen senkrecht zum Auslass verläuft. Diese Drehung trägt dazu bei, den Grad an Turbulenzen in den Abgasen zu verstärken und somit die Vermischung des Reduktionsmittels im Gasstrom zu verbessern. Dies trägt auch dazu bei, die Verteilung des Reduktionsmittels auf der Einlassfläche des zweiten Reinigungsorgans zu homogenisieren.
Bei dem dargestellten Beispiel weist die Einspritzvorrichtung 17 eine Einspritzdüse 68 und eine oder mehrere Aufpralleinrichtungen 69 auf. Die Aufpralleinrichtungen sind an der Abdeckkappe 25 und/oder am ersten Leitblech 33 befestigt. Die Einspritzvorrichtung 17 ist so angeordnet, dass das Mittel zur Reduktion der Stickstoffoxide in flüssiger Form eingespritzt wird. Die Einspritzdüse 68 ist an eine (nicht dargestellte) Kammer für flüssiges Reduktionsmittel angeschlossen. Sie ist dazu geeignet, das Reduktionsmittel in Form eines Strahls gemäß einer Einspritzrichtung I einzuspritzen. Die Einspritzrichtung I ist im Wesentlichen senkrecht zur Kerbe 59.
Die Aufpralleinrichtungen 69 sind so angeordnet, dass der gesamte Reduktionsmittelstrahl unterbrochen wird. Sie liegen vorzugsweise gegenüber der Kerbe 59.
Somit erfolgt das Einspritzen des Reduktionsmittels gegenüber oder unmittelbar stromabwärts des zweiten Leitblechs 33.
Eine derartige Anordnung des Einspritzpunkts wird lediglich dadurch ermöglicht, dass das Leitblech vorhanden ist. Das Leitblech bildet somit einen Schutzschirm, der einen Rücklauf des Reduktionsmittels zum Einlass verhindert. Er verhindert somit, dass das Reduktionsmittel bis zum ersten Reinigungsorgan verteilt wird. Dies ist besonders wichtig, wenn das erste Reinigungsorgan ein DOC-Oxidationskatalysator ist und das eingespritzte Reduktionsmittel Ammoniak oder ein Ammoniakzwischenstoff ist. Das Ammoniak kann nämlich beim Kontakt mit dem DOC oxidieren. Ein Teil des Ammoniaks geht dann für die Reduktion des NOx verloren. Darüber hinaus erzeugt das auf dem DOC oxidierte Ammoniak selbst NOx.
Bei einer in 4 dargestellten Variante ist die Einspritzvorrichtung so angeordnet, dass sie das Reduktionsmittel gasförmig in das Volumen 11 einspritzt.
Sie ist so angeordnet, dass das Einspritzen des gasförmigen Reduktionsmittels an einer Stelle der Durchlassbahn erfolgt, an der der dem Abgas gebotene Durchlassquerschnitt verringert ist. Dieser Punkt entspricht beispielsweise dem stromabwärtigen Ende des konvergierenden Abschnitts 57 oder dem Ende des Tangentialabschnitts 61, der sich an den konvergierenden Abschnitt anschließt.
Das Mittel zur Reduktion der Stickstoffoxide ist üblicherweise Ammoniak. Als Variante handelt es sich um einen Ammoniakzwischenstoff, wie etwa Urea, oder um jegliches weitere geeignete Reduktionsmittel.
Bei einer nicht bevorzugten Variante weist die Baugruppe keine Vorrichtung zum Einspritzen des Mittels zur Reduktion der Stickstoffoxide auf.
Wie in den 2 und 3 zu sehen, ist das Leitblech 32 an der Wand 12 angesetzt. Es ist zum Beispiel an der Wand 12 geschweißt oder durch jegliches andere Mittel starr befestigt.
Das Leitblech 12 ist ein Metallteil, das beispielsweise durch Tiefziehen einer Metallplatte erhalten wird. Es besteht üblicherweise aus rostfreiem Stahl, das gegenüber dem Reduktionsmittel beständig ist, oder aus jeglichem anderen geeigneten Material.
Als Variante ist das Leitblech 32 mit der Wand 12 einstückig ausgebildet. Es wird durch Verformung der Wand 12 erhalten, beispielsweise durch Tiefziehen.
Das Leitblech 32 weist einen Boden 71 auf, der mit der Wand 12 fest verbunden ist und der sich von der Wand 12 entfernt, wenn man diesem Boden vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil folgt. Der Boden weist einen ebenen ersten Bereich 73 auf, der gegen die Wand 12 gepresst und an dieser befestigt ist und der durch einen zweiten Bereich 75 verlängert ist, der zur Wand 12 geneigt ist. Der zweite Bereich 75 entfernt sich von der Wand 12, wenn man ihm ausgehend von dem ersten Bereich vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil bis zu einem freien Querrand 77 folgt.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ist der zweite Bereich eben und bildet mit der Wand 12 einen Winkel von zwischen 30° und 60°.
Der Boden 71 wird seitlich durch zwei einander gegenüberliegende Seitenränder 79 begrenzt, stromaufwärts durch einen stromaufwärtigen Querrand 81 und stromabwärts durch den freien Querrand 77.
Das Leitblech 32 weist üblicherweise einen Flügel 83 auf, der im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft und mit einem der beiden Seitenränder 79 des Bodens fest verbunden ist. Das Leitblech weist jedoch entlang des anderen Seitenrands 79 keinen Flügel auf. Der Flügel 83 liegt an dem Seitenrand entlang, der zur Mitte des Volumens, d. h. zur Hauptachse P gewandt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine Korrektur des Wegs einiger Stromlinien, so dass der Weg der Abgase verlängert wird.
Der obere freie Rand 85 des Flügels erstreckt sich im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie der freie Rand 75 des Bodens.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 ist der Flügel 83 eben.
Als Variante weist das Leitblech 32 keinen Flügel auf.
Wie in 3 zu sehen, hat das erste Leitblech und insbesondere der Boden die Rolle eines Spoilers.
Die 6 und 7 zeigen zwei Stromlinien, die für die Zirkulation der Abgase im Volumen 11 bei hoher Motordrehzahl ohne Leitblech 32 kennzeichnend sind. Die Stromlinie f verläuft entlang der Kerbe 59 und dann in den Tangentialabschnitt 61 und anschließend in den spiralförmigen Abschnitt 67. Sie ist praktisch auf ihrer gesamten Länge von der Wand 12 beabstandet. Die Stromlinie f' verläuft auch entlang der Kerbe 59 und dann in den Tangentialabschnitt 61 und anschließend in den spiralförmigen Abschnitt 67. Sie verläuft jedoch am Tangentialabschnitt 61 entlang dicht an der Wand 12. Wenn sie auf Höhe des spiralförmigen Abschnitts gelangt, fällt sie direkt in den Auslass 15, ohne einer spiralförmigen Bahn zu folgen.
Die 3 und 4 zeigen die gleichen Stromlinien in einer Baugruppe, die mit dem Leitblech 32 ausgestattet ist. Die Stromlinie f hat einen Weg, der mit dem aus den 5 und 6 praktisch identisch ist. Die Stromlinie f' verläuft jedoch am Einlass des Tangentialabschnitts 61 dicht an der Wand 12 entlang. Sie trifft anschließend auf das Leitblech 32, das sie in einem Abstand von der Wand 12 zur Abdeckkappe 29 umlenkt. Entlang des spiralförmigen Abschnitts folgt sie einem spiralförmigen Weg, bevor sie durch den Auslass 15 verläuft.
In 8 ist eine erste Ausführungsvariante des Leitblechs 32 veranschaulicht. Lediglich die Unterschiede in Bezug auf das erste Leitblech aus den 2 und 3 werden nachfolgend angegeben.
Der Flügel 83 ist mit dem anderen Seitenrand 79, der gegenüber dem Seitenrand liegt, an dem sich der Flügel des Leitblechs aus den 2 und 3 anschließt, fest verbunden. Das Leitblech ist beispielsweise so angeordnet, dass der Flügel 83 nicht zur Hauptachse, sondern zum Äußeren des Volumens 11 gewandt ist.
In 9 ist eine zweite Ausführungsvariante des Leitblechs 32 veranschaulicht. Lediglich die Unterschiede in Bezug auf das Leitblech aus 8 werden nachfolgend angegeben.
Der Boden 75 des Leitblechs weist mindestens eine Öffnung 85 auf. Diese Öffnung ist durchgängig.
Der Boden weist vorzugsweise mehrere Öffnungen 85 auf, wie bei dem veranschaulichten Beispiel. Die Öffnungen 85 haben eine runde, rechteckige oder jegliche geeignete Form. Sie liegen auf dem zweiten Bereich 75.
Die Öffnungen 85 ermöglichen die Bildung von Turbulenzen.
In 10 ist eine dritte Ausführungsvariante des Leitblechs 32 gezeigt. Lediglich die Unterschiede in Bezug auf das Leitblech aus 8 sind nachfolgend angegeben.
Der Boden 71 ist zur Wand 12 konkav. Genauer gesagt, ist der zweite Bereich 75 zur Wand 12 konkav. Er weist einen im Wesentlichen parabolischen Querschnitt auf, wobei dieser Querschnitt in einer zur Querrichtung senkrechten Ebene liegt. Mit anderen Worten hat der zweite Bereich 75 die Form eines Zylinderabschnitts mit variablem Radius, der sich um eine Querachse, d. h. um eine zum freien Rand 77 parallele Achse windet. Der Radius nimmt zu, wenn man dem zweiten Bereich 75 von dem ersten Bereich 73 zum freien Rand 77 folgt.
Eine derartige Form ist sehr wirksam, um die Stromlinien von der Wand 12 wegzuleiten.
Darüber hinaus ist der Flügel 83 auf der Seite des Bodens 71 konkav. Dadurch können die Abgasturbulenzen erhöht werden.
In 11 ist eine vierte Ausführungsvariante des Leitblechs 32 veranschaulicht. Nachfolgend werden lediglich die Unterschiede in Bezug auf das Leitblech aus 8 angegeben.
Der Boden 71 weist Kanäle 87 auf, die im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufen. Diese Kanäle sind genauer gesagt auf dem zweiten Bereich 75 ausgebildet. Die Kanäle werden durch Verformung des zweiten Bereichs 75 erhalten, so dass im Bereich 75 Wellen erzeugt werden.
Die Kanäle 87 sind durch vorspringende Bereiche 89 voneinander getrennt.
Der Boden 71 weist beispielsweise einen einzigen oder zwei oder drei oder sogar mehr als drei Kanäle auf, die zueinander parallel sind.
Mit den Kanälen 87 ist es möglich, den Abgasstrom wirksam zu leiten.
Die Erfindung wurde in einer Anwendung beschrieben, bei der das Volumen 11, insbesondere die Durchlassbahn 12 eine bestimmte Geometrie hat. Sie findet jedoch bei allen möglichen Formen des Volumens und der Durchlassbahn Anwendung, auch wenn kein Umkehrleitblech vorhanden ist. Das erste Leitblech wird je nach Bedarf dazu verwendet, die Stromlinien von der Wand wegzuleiten, so dass ihre Bahnen korrigiert oder verlängert werden. Die Position des Leitblechs und seine Geometrie werden durch digitale Simulation ausgewählt und mit Tests bestätigt. Falls erforderlich, können mehrere Leitbleche im Volumen angeordnet sein, um die Stromlinien an mehreren Stellen von der Wand wegzuleiten.
Das Leitblech dient insbesondere dazu, die Homogenisierung eines in das Volumen 11 eingespritzten Mittels zur Reduktion der Stickstoffoxide stromaufwärts eines SCR-Katalysators zu ermöglichen. Als Variante wird es zum Korrigieren der Verteilung des Abgasstroms auf der Einlassfläche des zweiten Reinigungsorgans genutzt, zum Beispiel wenn kein Reduktionsmittel vorhanden ist. In diesem Fall handelt es sich bei dem zweiten Reinigungsorgan nicht zwangsläufig um einen SCR-Katalysator.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2977633 A1 [0003]
FR 2977632 A1 [0004]
US 2010/223916 A1 [0005]

Claims

Abgasreinigungsbaugruppe, wobei die Baugruppe (1) Folgendes aufweist: – eine stromaufwärtige Leitung (3), in der ein erstes Abgasreinigungsorgan (5) angeordnet ist, – eine stromabwärtige Leitung (7), in der ein zweites Abgasreinigungsorgan (9) angeordnet ist, wobei die stromaufwärtige Leitung (3) und die stromabwärtige Leitung (7) parallel zueinander angeordnet sind, – ein Volumen (11), das zur stromaufwärtigen und zur stromabwärtigen Leitung durch eine Wand (12) begrenzt ist, die einen mit der stromaufwärtigen Leitung (3) verbundenen Abgaseinlass (13) und einen mit der stromabwärtigen Leitung (7) verbundenen Abgasauslass (15) aufweist, wobei das Volumen (11) einen Durchlassweg (22) begrenzt, der die Abgase in einer Hauptströmungsrichtung von dem Einlass (13) zum Auslass (15) leitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen (11) zwischen dem Einlass (13) und dem Auslass (15) ein Leitblech (32) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Abgase von der Wand (12) wegzuleiten.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (32) an der Wand (12) angesetzt ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (32) einen mit der Wand (12) fest verbundenen Boden (71) aufweist, der sich von der Wand (12) entfernt, wenn man dem Boden (71) vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil folgt.
Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitblech (32) einen Flügel (83) aufweist, der im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft und mit einem Seitenrand (79) des Bodens (71) fest verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (83) auf der Seite des Bodens (71) konkav ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (71) mindestens eine Öffnung (85) aufweist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (71) Kanäle (87) aufweist, die im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verlaufen.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (71) zur Wand (12) konkav ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Gerade den Einlass (13) in einen ersten und einen zweiten Bereich (37, 39) unterteilt, die den gleichen Durchlassquerschnitt für die Abgase bieten, wobei die Baugruppe (1) ein Umkehrleitblech (33) aufweist, das in dem Volumen (11) gegenüber dem Einlass (13) angeordnet ist, wobei das orthogonal auf den Einlass (13) vorspringende Leitblech (33) mindestens 75% des ersten Bereichs (37) und mindestens 25% des zweiten Bereichs (39) bedeckt, wobei das Leitblech (33) und das Volumen (11) so angeordnet sind, dass ein Teil der über den ersten Bereich (37) des Einlasses (13) eintretenden Abgase in dem Volumen (11) entlang Stromlinien strömt, die eine Umkehrung um das Umkehrleitblech (33) bilden.
Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (1) gegenüber oder unmittelbar stromabwärts des Umkehrleitblechs (33) eine Vorrichtung (17) zum Einspritzen eines Mittels zur Reduktion der Stickstoffoxide in die Durchlassbahn (22) aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrleitblech (33) eine konkave Kerbe (59) entlang der Durchlassbahn (22) aufweist, deren Konkavität entgegengesetzt zum Einlass (13) gewandt ist, wobei sich die konkave Kerbe (59) gemäß einer zur mittleren Gerade im Wesentlichen senkrechten Richtung erstreckt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassbahn (22) einen Tangentialabschnitt (61) aufweist, der in Bezug auf den Einlass (13) und auf den Auslass (15) im Wesentlichen tangential ausgerichtet ist und in dem das Leitblech (32) eingesetzt ist.
Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (13) und der Auslass (15) jeweils eine Mitte haben, die entlang einer Hauptachse (P) ausgerichtet sind, wobei der Tangentialabschnitt (61) auf einer Seite der Hauptachse (P) liegt, wobei das Leitblech (32) einen Flügel (83) aufweist, der im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung verläuft und mit einem zur Hauptachse (P) gewandten Seitenrand (79) des Bodens (71) fest verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reinigungsorgan (5) einen ersten Durchlassquerschnitt für die Abgase hat, wobei der Tangentialabschnitt (61) auf Höhe des Leitblechs (32) einen zweiten Durchlassquerschnitt aufweist, der weniger als 75% des ersten Durchlassquerschnitts beträgt.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassbahn (22) gegenüber dem Einlass (13) einen Abschnitt (57) aufweist, der vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil konvergiert.