DE20318332U1

DE20318332U1 - Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen

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Publication number: DE20318332U1
Application number: DE20318332U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2013-02-26

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge liegende Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem einen an- und abströmseitigen Gehäuseanschluss umfassenden gehäuseseitigen Anschlussbereich, mit einem dem Anschlussbereich beabstandet gegenüberliegenden Umlenkbereich und mit einem in der Verbindung von Anschlussbereich und Umlenkbereich liegenden Übergangsbereich, der voneinander getrennte, über den Umlenkbereich verbundene und nacheinander gegenläufig durchströmte Übergänge aufweist, deren einer abströmseitig angeschlossen ist und den anströmseitig angeschlossenen Übergang umschließt, wobei im Übergangsbereich ein Abgasreinigungseinsatz, insbesondere in Form eines Partikelfilters und/oder eines Katalysators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich der anströmseitig angeschlossene Übergang (12) mit einem Abgasreinigungseinsatz (13) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere eine im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge liegende Abgasreinigungsvorrichtung.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung der vorgenannten Art ist aus der DE 199 32 778 A1 bekannt. Bei dieser liegt zwischen einem an- und abströmseitigen Gehäuseanschlussbereich und einem gegenüberliegenden Umlenkbereich ein Übergangsbereich. Dieser Übergangsbereich weist zentral einen anströmseitig angeschlossenen Übergang vom gehäuseseitigen Anschlussbereich auf den Umlenkbereich auf, in dem das Abgas umgeleitet wird und von dem aus das Abgas über einen peripheren, den anströmseitig angeschlossenen Übergang umschließenden Übergang auf den abströmseitigen Gehäuseanschluss zurückgeführt wird. Die an- und abströmseitig angeschlossenen Übergänge des Reinigungseinsatzes sind quer zu der Strömungsrichtung gegeneinander abgegrenzt und der Querschnitt des Reinigungseinsatzes entspricht insgesamt dem Querschnitt des Übergangsbereiches.
Ein solcher Aufbau bedingt, sofern eine über dem Querschnitt der Übergänge im Wesentlichen gleichmäßige Durchströmung sichergestellt werden soll, zumindest im Umlenkbereich entspre chende Leiteinrichtungen. Ferner ergibt sich gegen den Umfang des peripheren, an die Abströmseite anschließenden ringförmigen Überganges auch ein gewisses Temperaturgefälle, so dass zwar, wie angestrebt, ein großes Volumen des Reinigungseinsatzes bei kleinem Bauraum erreichbar erscheint, sich aber Schwierigkeiten hinsichtlich einer gleichmäßigen Durchströmung und Temperaturverteilung ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, insbesondere vereinfachten und dennoch thermisch optimierten Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen.
Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, demzufolge lediglich der anströmseitig angeschlossene zentrale Übergang mit einem Abgasreinigungseinsatz versehen ist, so dass der an die Abströmseite angeschlossene Übergang für den zentralen Übergang lediglich einen umschließenden, abgasführenden Heizmantel bildet. In Anbetracht dessen, dass in diesem Heizmantel Strömungshindernisse, wie sie auch durch einen Reinigungseinsatz gebildet sind, fehlen und insbesondere auch bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit der durchfließenden Abgase keine funktionalen Einschränkungen gegeben sind, kann der ringförmige, abströmseitig angeschlossene Übergang einen verhältnismäßig kleinen Querschnitt aufweisen.
Als Heizmantel bildet der abströmseitig angeschlossene Übergang einerseits eine Isolierung gegen das Gehäuse der bzw. gegen die Umgebung zur Abgasreinigungsvorrichtung, sorgt aber gleichzeitig für eine abgasseitige Beaufschlagung auch des Umfanges des Reinigungseinsatzes, so dass der Reinigungseinsatz einerseits einen Querschnitt aufweisen kann, der dem Querschnitt des Übergangsbereiches nahe kommt, andererseits aber über seine Querschnittsfläche eine im Wesentlichen gleiche Temperaturverteilung aufweist.
Hierauf kann im Rahmen der Erfindung auch durch eine entsprechende Gestaltung des anströmseitigen Anschlussbereiches Einfluss genommen werden, wobei sich als besonders zweckmäßig eine möglichst zentrale Ausrichtung dieses Anschlussbereiches auf den Reinigungseinsatz erweist. Im Hinblick auf die angestrebte gleichmäßige, aber auch möglichst hohe Arbeitstemperatur, insbesondere aber ein schnelles Aufheizen auf eine ausreichende Arbeitstemperatur erweist es sich als zweckmäßig, wenn der Anströmbereich vom Abströmbereich quasi ummantelt ist, also weitgehend von dem auf den abströmseitigen Gehäuseanschluss laufenden Teil des Gehäuses umschlossen ist, so dass die über die nach Durchlauf des Umlenkbereiches auf den abströmseitigen Gehäuseanschluss zurückgeführten Abgase auch für den anströmseitigen Anschlussbereich einen Heiz- und Isoliermantel bilden. In Verbindung mit einer motornahen Anordnung der Abgasreinigungsvorrichtung, oder einer Anordnung der Abgasreinigungsvorrichtung benachbart zu einem motornah zugeordneten Abgasturbolader lassen sich so kurze Aufheizzeiten und auch hohe Arbeitstemperaturen gewährleisten.
Für die Ausbildung des Reinigungseinsatzes der Abgasreinigungsvorrichtung bietet die erfindungsgemäße Lösung auch die Möglichkeit, den Reinigungseinsatz in hintereinander angeordnete Reinigungselemente zu unterteilen, so beispielsweise in Oxidationskatalysator, Reduktionskatalysator und/oder Partikelfilter, wobei die Hintereinanderschaltung auch die Möglichkeit gibt, die Reinigungselemente entsprechend den für sie zweckmäßigen Arbeitstemperaturen gestaffelt anzuordnen.
Die erfindungsgemäße Zuordnung der an- und abströmseitigen Gehäuseanschlüsse zu einem gehäuseseitigen Anschlussbereich ergibt auch die Möglichkeit, Bypasslösungen zur Abgasreinigungsvorrichtung mit geringem Aufwand zu realisieren, um im Wege der Kurzschlussschaltung zwischen Anström- und Abströmseite übermäßige Abgasgegendrücke, zum Beispiel bei einer Beschädigung der Abgasreinigungsvorrichtung, zu vermeiden.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit weiteren Details erläutert. Es zeigen:
1 eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung im Schema und in Zuordnung zu einer Brennkraftmaschine, sowie
2 eine isolierte, in der Lage der an- und abströmseitigen Anschlüsse variierte Ausgestaltung einer Abgasreinigungsvorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist.
In den Figuren ist mit 1 schematisiert eine mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 gezeigt, in deren Abgasstrang 3 ausgehend von dem an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 angeschlossenen Abgaskrümmer 2 ein Abgasturbolader 4 angeordnet ist, dem auslassseitig eine Abgasreinigungsvorrichtung 5 unmittelbar nachgeordnet ist, deren anströmseitiger Anschluss mit 6 und deren abströmseitiger Anschluss mit 7 bezeichnet ist. An den abströmseitigen Anschluss 7 schließen in Durchströmungsrichtung weitere Teile des Abgasstranges 3 an.
Der anströmseitige Anschluss 6 und der abströmseitige Anschluss 7 sind einem gehäuseseitigen Anschlussbereich 8 der Abgasreinigungsvorrichtung 5 zugeordnet, dem bei dazwischen liegendem Übergangsbereich 9 ein Umlenkbereich 10 gegenüberliegt. Das Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung 5 ist insgesamt mit 11 be zeichnet und umschließt im Übergangsbereich 9 mit Abstand einen anströmseitig angeschlossenen Übergang 12.
Dieser Übergang 12 ist durch einen Reinigungseinsatz 13 gebildet, der über einen Anschlusstrichter 14 mit dem anströmseitigen Anschluss 6 verbunden ist, der das Gehäuse 11 durchsetzt. Das Abgas durchströmt also vom Abgasturbolader 4 kommend den anströmseitigen Anschluss 6, den Anschlusstrichter 14 und den durch einen Reinigungseinsatz 13 gebildeten Übergang 12, der zentral innerhalb des Gehäuses 11 liegt und der im Übergangsbereich 9 gegenüber dem Gehäuse 11 einen Ringraum 15 abgrenzt, welcher den Übergang 16 bildet, über den das Abgas, nachdem es den anströmseitigen Übergang 12 durchlaufen hat, nach Umlenkung (Pfeile 17) im Umlenkbereich 10 auf den anströmseitigen Anschluss 7 geführt wird. Im Übergang 16, also bei der Durchströmung des Ringraumes 15, bildet das Abgas einen Heizmantel für den im Übergang 12 liegenden Reinigungseinsatz 13, der im Ausführungsbeispiel axial geteilt angeordnet ist und beispielsweise aus hintereinander liegenden Reinigungselementen 21 und 22 besteht, die durch Katalysatoren und/oder Partikelfilter gebildet sein können.
Dadurch, dass der anströmseitige Anschluss 6 kurz beabstandet zum Abgasturbolader 4 in das Gehäuse 11 einläuft und das Gehäuse 11 den Anschlusstrichter 14 zum anströmseitigen, durch den Reinigungseinsatz 13 gebildeten Übergang 12 umschließt und dass das über den Umlenkbereich 10 auf den abströmseitigen Anschluss 7 umgeleitete Abgas den Übergang 12 und den Anschlusstrichter 14 gegen das Gehäuse 11 abschirmend überströmt, ergeben sich für den im Übergang 12 liegenden Reinigungseinsatz 13 thermisch sehr günstige Einsatzbedingungen bei bestmöglicher Aufheizung über die durchlaufenden Abgase. Insbesondere ergibt sich auch eine sehr schnelle Aufheizung des Reinigungseinsatzes 13 beim Start der Brennkraftmaschine 1.
1 veranschaulicht eine Einmündung der Anschlüsse 6 und 7 auf das Gehäuse 11 schräg zulaufend auf den zentral angeordneten Übergang 12, wobei die Anschlüsse 6 und 7 unter einem Winkel von etwa 90° zueinander stehen und etwa symmetrisch zur zentralen Gehäuseachse 18 verlaufen. 1 und 2 lassen aber erkennen, dass die erfindungsgemäße Lösung eine große Variabilität hinsichtlich der Anschlüsse 6 und 7 in Bezug auf ihre Lage zum Umfang des Gehäuses 11 ermöglicht.
2 zeigt in Abweichung von 1 eine zentrale und zur Achse 18 im Wesentlichen konzentrische Lage des anströmseitigen Anschlusses 6, während der abströmseitige Anschluss 7 radial zur Gehäuseachse 18 aus dem Gehäuse 11 herausgeführt wird. Beim ansonsten der Ausgestaltung gemäß 1 im Wesentlichen entsprechendem Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung 5 ist in 2 zusätzlich eine Isolierung des Gehäuses 11 im Umlenkbereich 10 bei 19 angedeutet, wobei eine solche Isolierung im Rahmen der Erfindung auch in den Übergangsbereich 9 hinein fortgeführt werden könnte.
2 veranschaulicht weiter im Schema die Möglichkeit einer Kurzschlussschaltung zwischen dem anströmseitigen Anschluss 6 und dem abströmseitigen Anschluss 7 durch ein Ventil 20, das im Bereich des Anschlusstrichters 14 vorgesehen ist. Als Ventil 20 ist im Beispiel ein federbelastetes Plattenventil vorgesehen, im Rahmen der Erfindung liegen aber auch andere Ventilausgestaltungen bis hin zu gesteuerten Ventilen. Wird das Ventil 20 geöffnet und damit ein Bypass zwischen anströmseitigen Anschluss 6 und abströmseitigen Anschluss 7 geschaltet, so lassen sich damit Staudrücke vermeiden, die sich aufgrund von Schädigungen des Reinigungseinsatzes 13 ergeben können und die zu Belastungen der Brennkraftmaschine 1 führen würden.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere im Abgasstrom von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge liegende Abgasreinigungsvorrichtung, mit einem einen an- und abströmseitigen Gehäuseanschluss umfassenden gehäuseseitigen Anschlussbereich, mit einem dem Anschlussbereich beabstandet gegenüberliegenden Umlenkbereich und mit einem in der Verbindung von Anschlussbereich und Umlenkbereich liegenden Übergangsbereich, der voneinander getrennte, über den Umlenkbereich verbundene und nacheinander gegenläufig durchströmte Übergänge aufweist, deren einer abströmseitig angeschlossen ist und den anströmseitig angeschlossenen Übergang umschließt, wobei im Übergangsbereich ein Abgasreinigungseinsatz, insbesondere in Form eines Partikelfilters und/oder eines Katalysators angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich der anströmseitig angeschlossene Übergang (12) mit einem Abgasreinigungseinsatz (13) versehen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des anströmseitig angeschlossenen Überganges (12) größer als die des abströmseitig angeschlossenen Überganges (16) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des anströmseitig angeschlossenen Überganges (12) mehrfach größer als die Fläche des abströmseitig angeschlossenen Überganges (16) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des anströmseitig angeschlossenen Überganges (12) etwa zwei- bis viermal größer als die Fläche des anströmseitig angeschlossenen Überganges (16) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungseinsatz (13) durch ein Reinigungselement, insbesondere einen Katalysator oder einen Partikelfilter gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungseinsatz (13) durch mehrere hintereinander liegende Reinigungselemente (21, 22) gebildet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungselemente (21, 22) durch Katalysatoren und/oder Partikelfilter gebildet sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (5) motornah angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (5) im Abgasstrang (3) anschließend an die Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (5) anschließend an einen Abgasturbolader (4) angeordnet ist.