EP1861608B1 - Abgasanlage mit einer abgasbehandlungseinheit und einem wärmetauscher in einer abgasrückführleitung - Google Patents
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- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
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Definitions
- the subject of the present invention is an exhaust system for internal combustion engines with heat exchanger and exhaust gas treatment unit in an exhaust gas recirculation line.
- Exhaust systems of internal combustion engines are often formed with heat exchangers, which are used in particular for a return of the exhaust gas in the air inlet region of the internal combustion engine for cooling the exhaust gas.
- Contamination of the heat exchanger by pollutants present in the exhaust gas reduces its efficiency, so that when the heat exchanger is designed, it basically has to be over-dimensioned in order to ensure over a longer period of time that the heat exchanger has at least the desired performance.
- an exhaust gas treatment system with an exhaust gas recirculation line in which a heat exchanger is provided. in the Inlet portion of the heat exchanger, an oxidation catalyst is provided. This is provided as a layer on the walls of the exhaust gas recirculation line. So can according to the US 2003/0213230 A1 a reduction of the unbranched carbons can be achieved.
- the JP 2000146465 also describes an exhaust gas recirculation system, wherein in the exhaust gas recirculation line, a heat exchanger is provided, on whose walls an oxidation catalyst can be provided so that the clogging of the channels can be avoided by particles. Furthermore, it is also proposed to carry out the walls of the exhaust gas recirculation line with a catalyst, wherein its placement and configuration, taking into account Adhesion or accumulation of particles (PM and SOF) takes place.
- PM and SOF Adhesion or accumulation of particles
- the object of the invention is to propose a system to be used in the exhaust gas recirculation line comprising a heat exchanger and a catalyst, in which an effective reduction of the contamination of the heat exchanger and at the same time the smallest possible construction volume of the heat exchanger and the catalyst is achieved.
- the exhaust system according to the invention of an internal combustion engine comprising an intake system and an exhaust outlet, wherein exhaust outlet and intake are connected via an exhaust gas recirculation line, in which an exhaust treatment unit and a heat exchanger are formed, wherein the heat exchanger has a first back pressure and the exhaust treatment unit has a second back pressure, the smaller
- the first back pressure is characterized by the fact that the exhaust gas treatment unit at such a first distance in the flow direction is formed before the heat exchanger, that during operation of a entering into the exhaust gas treatment unit gas flow is made uniform. This means, in particular, that the back pressure in the flow direction before the exhaust gas treatment unit is influenced by the first dynamic pressure of the heat exchanger.
- the exhaust treatment unit further comprises a polling body.
- a honeycomb body an exhaust gas treatment unit can be created, whose properties such as surface, back pressure, etc. can be very accurately einizesteht.
- metallic or ceramic honeycomb bodies are suitable as honeycomb bodies.
- honeycomb bodies can be used here in an advantageous manner, as described for example in the DE 197 55 703 A1 , of the WO 90/13736 A1 and the WO 99/11911 A1 are described. With respect to the attachment of the honeycomb body, these applications are fully incorporated by reference.
- the first distance is selected so that the Cumulate the effect of the first dynamic pressure and the second dynamic pressure.
- the first distance between the exhaust gas treatment unit and the heat exchanger is less than 15 mm, preferably less than 10 mm, particularly preferably less than 5 mm.
- Cumulating means here in particular that the dynamic pressure applied in front of the Abaas treatment unit is greater than that second dynamic pressure, the exhaust treatment unit as such would have.
- the dynamic pressure in front of a component in a flow causes a kind of pressure pad, which leads to a change of Flow leads.
- the present invention causes instead of two areas with a pressure pad iewe before the heat exchanger and the Abgasbehandiungshim forms only a pressure pad before the exhaust treatment unit.
- the cumulation of the dynamic pressures advantageously leads to the exhaust gas, before it flows into the exhaust gas treatment unit, having to overcome a back pressure which is greater than the second back pressure of the exhaust gas treatment unit.
- the dynamic pressure is even significantly greater than the second dynamic pressure.
- the enlargement of the back pressure causes a homogenization of the flow of the exhaust gas treatment unit and thus the gas flow through the exhaust gas treatment unit and heat exchanger.
- a heat exchanger is to be understood here in particular also an exhaust gas cooler, with which the recirculated exhaust gas is cooled.
- the internal combustion engine is in particular a diesel engine, for example a diesel engine of a motor vehicle (eg a passenger car, a truck, a motor-driven two-wheeled vehicle, boat or aircraft) or a stationary-use diesel engine.
- a homogenization is in particular also understood as a broadening of the probability distribution of the applied velocities.
- a heat exchanger which has a plurality of tubes through which the exhaust gas flows. These tubes are preferably flowed around by a coolant which flows through the housing of the heat exchanger and which is taken from a not shown cooling circuit of the internal combustion engine.
- honeycomb bodies for example ceramic or metallic honeycomb bodies, or else wire knit bodies, bodies made of metal foam or the like are suitable as exhaust gas treatment units.
- Metallic honeycomb bodies may in particular be constructed from at least one at least partially structured metallic layer and optionally at least one substantially smooth layer, which are wound or stacked together and twisted. The each other twisted or wound layers form permeable cavities which are bounded by the layers.
- the layers are in particular made of a high temperature corrosion resistant material, such as Al or Cr steel.
- the layers may be interconnected, in particular cohesively, such as by a Hochtemperaturlöt compiler.
- Both the essentially smooth layers and the at least partially structured layers can have microstructures, guide surfaces, perforations and / or perforations, at least in some areas, which serve for even better mixing of the gas flow.
- the equalization of the gas flow before entering the exhaust gas treatment unit is advantageously carried out in that the exhaust gas treatment unit is formed relatively close to the heat exchanger. This leads to an equalization of the gas flow already in the exhaust gas treatment unit, so that here the conversion rate is improved because the cross section of the exhaust gas treatment unit is more uniformly exposed to exhaust gas.
- the volume of the exhaust gas treatment unit can be reduced compared to a conventional structure at the same rate of conversion of pollutants in the exhaust gas. Due to the significantly more efficient conversion rate of the pollutants also reduces the pollution of the heat exchanger, so that it can be smaller in size compared to conventional heat exchangers.
- honeycomb body which has a relatively small number of cells, for example less than 400 cpsi (cells per square inch), preferably less than 300 cpsi 200 cpsi and less, especially even 100 cpsi.
- a second distance of a gas inlet-side end face of the exhaust gas treatment unit from a gas inlet-side end face of the heat exchanger is less than 60 mm, preferably less than 45 mm, more preferably less than 30 mm.
- the expansion of the exhaust gas treatment unit in the flow direction is less than 100 mm, preferably less than 50 mm, particularly preferably 25 mm or less.
- the heat exchanger and the exhaust gas treatment unit in a common housing.
- the exhaust gas treatment unit in a corresponding bead of the housing by means of a flanging or the like. It is also possible to fit the exhaust gas treatment unit flush on a front side of the heat exchanger.
- the exhaust gas treatment unit comprises a catalytically active coating, in particular an oxidation catalyst coating.
- the catalytically active coating comprises, for example, a ceramic washcoat which contains materials which catalyze the desired reactions, ie in particular reduce the reaction temperature of these reactions to such an extent that they run to a considerable extent at the temperatures in the exhaust gas recirculation line.
- Suitable catalysts are in particular noble metals such as platinum, rhodium or the like.
- the oxidation catalyst coating catalyzes in particular the oxidation of hydrocarbons, since they are responsible for fouling the heat exchanger.
- the hydrocarbons form a sticky substance that condenses on the cold areas of the heat exchanger and that may further cause soot particles contained in the exhaust gas to adhere to the walls of the heat exchanger.
- the exhaust gas treatment unit is in particular designed so that the longest possible residence time and the largest possible surface available for the reaction is given.
- the ratio of the first dynamic pressure to the second dynamic pressure is greater than 2, preferably greater than 10.
- Fig. 1 schematically shows a first embodiment of an exhaust system 1 according to the invention an internal combustion engine 2.
- the Verbrennungslaaftmaschine 2 comprises an intake system 3 and an exhaust gas outlet 4, wherein the exhaust gas outlet 4 and intake system 3 are connected via an exhaust gas recirculation line 5, in which an exhaust gas treatment unit 6 and a heat exchanger 7 are formed.
- the heat exchanger 7 has a first dynamic pressure and the exhaust gas treatment unit 6 has a second dynamic pressure, which is smaller than the first dynamic pressure.
- the usual flow direction of the exhaust gas was symbolized by corresponding arrows.
- the amount of exhaust gas flowing through the exhaust gas recirculation line 5 can be regulated, for example, by corresponding valves not shown.
- the exhaust gas recirculation line 5 can branch off on the exhaust side both upstream and downstream of an exhaust gas turbocharger (not shown).
- the exhaust gas treatment unit 6 is formed in such a first distance 8 in the flow direction in front of the heat exchanger 7, so that during operation, a gas flow 14 entering the exhaust gas treatment unit 6 is made uniform.
- the first distance 8 here is less than 15 mm, preferably less than 10 mm, particularly preferably less than 5 mm.
- Heat exchanger 7 and exhaust gas treatment unit 6 are designed so that at this first distance 8 to accumulate the effects of the first dynamic pressure and the second dynamic pressure, so that the exhaust gas flowing into the exhaust gas treatment unit 6 has to overcome a back pressure greater than the second back pressure of Exhaust gas treatment unit 6 as such. As explained above, this leads to an equalization of the gas flow 14, which flows into the exhaust-gas treatment unit 6.
- Fig. 2 schematically shows the section of the exhaust gas recirculation line 5, which comprises the exhaust gas treatment unit 6 and the heat exchanger 7.
- a second distance 9 between a gas inlet-side end face 10 of the heat exchanger 7 and a gas inlet-side end face 11 of the exhaust gas treatment unit 6 is selected according to the invention so that it comes to a homogenization of the flow in the exhaust gas treatment unit 6.
- the second distance 9 is less than 60 mm, preferably less than 45 min, particularly preferably less than 30 mm.
- short honeycomb bodies can be used as the exhaust gas treatment unit 6, in particular an expansion 12 in the flow direction of approximately 20 to approximately 40 mm.
- the first distance 8 is less than 15mm, or for example 5mm or less.
- the first distance 8 is selected such that the effect of the first dynamic pressure of the heat exchanger 7 and the second dynamic pressure of the exhaust gas treatment unit 6 accumulate, so that the exhaust gas flowing into the exhaust gas treatment unit 6 must overcome a dynamic pressure which is greater, preferably distinct is greater than the second dynamic pressure of the exhaust gas treatment unit 6.
- Fig. 3 schematically shows a section of another Ausunngsbeispiels an exhaust system according to the invention 1.
- a cone 13 is formed in the exhaust gas recirculation line 5, which comprises the honeycomb body 17 with here conical channels 18 running exhaust treatment unit 6.
- the cone 13 carries the gas flow 14 flowing through the exhaust gas recirculation line 5 to the heat exchanger 7.
- the heat exchanger 7 comprises exhaust pipes 15 in a housing 16.
- the gas flow 14 flows through the exhaust pipes 15, wherein these are flowed around in the housing 16 by a coolant which is part of Cooling circuit of the internal combustion engine 2 is.
- the first distance 8 between heat exchanger 7 and Abgasbehaadlungsaku 6 is inventively chosen so that during operation of a entering into the exhaust gas treatment unit 6 gas flow 14 is made uniform.
- Fig. 4 schematically shows a first probability distribution 19 of the velocity v and a second probability distribution 20 of the velocity v.
- the first probability distribution 19 results if only the exhaust-gas treatment unit 6 is flowed with gas, ie without a heat exchanger 7 being formed behind it in the flow direction. Plotted for both distributions, the probability that a certain speed is present in the gas. Both the probability and the speed are given in relative units.
- the second probability distribution 20 is the probability distribution in a system according to the invention. It therefore relates to an exhaust system 1 with a heat exchanger 7 and an exhaust gas treatment unit 6 in a Abgasrilcktextechnisch 5.
- the second probability distribution 20 is wider, in particular has a greater width at half maximum height (full width half maximum) than the first probability distribution 19. This is based on the homogenization of the flow according to the invention.
- the exhaust system according to the invention advantageously allows the formation of a heat exchanger 7 and an exhaust gas treatment unit 6 such as a honeycomb body in the Abgasruckruhrtechnisch 5, wherein both the heat exchanger 7 and the exhaust gas treatment unit 6 can be formed smaller than in the usual way. This saves considerable costs in the design of such systems.
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Description
- Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasanlage für Verbrennungskraftmaschinen mit Wärmetauscher und Abgasbehandlungseinheit in einer Abgasrückfiahrleitung.
- Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen werden oftmals mit Wärmetauschern ausgebildet, die insbesondere bei einer Rückführung des Abgases in den Lufteinlassbereich der Verbrennungskraftmaschine für eine Kühlung des Abgases eingesetzt werden. Eine Verschmutzung des Wärmetauschers durch im Abgas vorhandene Schadstoffe vermindert dessen Leistungsfähigkeit, so dass bei Auslegung des Wärmetauschers dieser im Grunde genommen überdimensioniert werden muss, um über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten, dass der Wärmetauscher zumindest die Soll-Leistungsfähigkeit aufweist.
- Um die Verschmutzung des Wärmetauschers zu vermindern, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, vor dem Wärmetauscher einen Katalysator auszubilden, durch welchen zumindest langkettige Kohlenwasserstoffe entfernt werden, die zu klebrigen Ablagerungen im Wärmetauscher führen können. Solche Systeme weisen den Nachteil auf, dass entweder trotz Vorschaltung des Katalysators nur eine ungenügende Umsetzung des Abgases erfolgt und somit trotzdem eine Verschmutzung des Wärmetauscher vorliegt oder dass der Katalysator sehr groß dimensioniert werden muss, um die Verschmutzung des Wärmetauschers wirksam zu unterbinden.
- Aus der
US 2003/0213230 A1 ist ein Abgasbehandlungssystem mit einer Abgasrückführleitung bekannt, in welcher ein Wärmetauscher vorgesehen ist. Im Einlassbereich des Wärmetauschers ist ein Oxidationskatalysator vorgesehen.
Dieser ist als Schicht auf den Wandungen der Abgasrückführleitung vorgesehen. So kann gemäß derUS 2003/0213230 A1 eine Reduzierung der unverbranaten Kohlenstoffe erreicht werden. - Die
JP 2000146465 - Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein in der Abgaszückfiihrleitung einzusetzendes System umfassend einen Wänmetauscher und einen Katalysator vorzuschlagen, bei welchem eine wirksame Verminderung der Verschmutzung des Wärmetauschers und gleichzeitig ein möglichst kleines Bauvolumen des Wärmetauschers und des Katalysators erreicht wird.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die erfindungsgemäße Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, die eine Ansauganlage und einen Abgasausgang umfasst, wobei Abgasausgang und Ansauganlage über eine Abgasrückführleitung verbunden sind, in der eine Abgasbehandlungseinheit und ein Wärmetauscher ausgebildet sind, wobei der Wärmetauscher einen ersten Staudruck und die Abgasbehandlungseinheit einen zweiten Staudruck aufweist, der kleiner als der erste Staudruck ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Abgasbehandlungseinheit in einem solchen ersten Abstand in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher ausgebildet ist, dass im Betrieb eine in die Abgasbehandlungseinheit eintretende Gasströmung vergleichmäßigt wird. Das bedeutet insbesondere, dass der Staudruck in Strömungsrichtung vor der Abgasbehandlungseinheit durch den ersten Staudruck des Wärmetauschers beeinflusst wird.
- Die Abgasbehandlungseinheit umfasst weiter einen Wahenkörper. Mit einem Wabenkörper kann eine Abgasbehandlungseinheit geschaffen werden, deren Eigenschaften wie Oberfläche, Staudruck, etc. sehr genau einizesteht werden können. Als Wabenkörper eignen sich insbesondere metallische oder keramische Wabenkörper. Insbesondere können hier in vorteilhafter Weise Wabenkörper eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in der
DE 197 55 703 A1 , derWO 90/13736 A1 WO 99/11911 A1 - Erfindungsgemäß ist der erste Abstand so gewählt, dass sich der Effekt des ersten Staudrucks und des zweiten Staudrucks kumulieren. Außerdem beträgt der erste Abstand zwischen der Abgasbehandlungseinheit und dem Wärmetauscher weniger als 15 mm, bevorzugt weniger als 10 mm, besonders bevorzugt weniger als 5 mm.
- Unter Kumulieren wird hier insbesondere verstanden, dass der vor der Abaasbehandlungseinheit anliegende Staudruck größer ist als der zweite Staudruck, den die Abgasbehandlungseinheit als solche aufweisen würde. Der Staudruck vor einem Bauteil in einer Strömung bewirkt eine Art Druckpolster, welches zu einer veränderung der Strömung führt. Im Extremfall bewirkt die vorliegende Erfindung, dass sich statt zweier Bereiche mit einem Druckpolster ieweils vor dem Wärmetauschers und der Abgasbehandiungseinheit nur ein Druckpolster vor der Abgasbehandlungseinheit bildet.
- Die Kumulation der Staudrücke führt in vorteilhafter Weise dazu, dass das Abgas vor Einströmen in die Abgasbehaudlungseinheit einen Staudruck überwinden muss, der größer ist als der zweite Staudruck der Abgasbehandlungseinheit. Je nach Auslegung des Wärmetauschers und der Abgasbehandlungseinheit ist der Staudruck sogar deutlich größer als der zweite Staudruck. Die Vergroßerung des Staudrucks bewirkt eine Vergleichmäßigung der Beströmung der Abgasbehandlungseinheit und damit der Gasströmung durch Abgasbehandlungseinheit und Wärmetauscher.
- Unter einem Wärmetauscher ist hier insbesondere auch ein Abgaskühler zu verstehen, mit dem das rückgeführte Abgas gekühlt wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere ein Dieselmotor, beispielsweise ein Dieselmotor eines Kraftfahrzeugs (z. B. eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens, eines motorbetriebenen Zweirades, Bootes oder Luftfahrzeugs) oder ein Dieselmotor in stationärer Anwendung. Unter einer Vergleichmäßigung wird insbesondere auch eine Verbreiterung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der anliegenden Geschwindigkeiten verstanden.
- Die Bauform des Wärmetauschers bedingt den erhöhten Staudruck im Vergleich zur Abgasbehandlungseinheit. Insbesondere ist ein Wärmetauscher vorteilhaft, welcher eine Mehrzahl von Rohren aufweist, durch die das Abgas strömt. Bevorzugt werden diese Rohre von einem Kühlmittel umströmt, welches das Gehäuse des Wärmetauschers durchströmt und welches einem nicht dargestellten Kühlkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine entnommen ist. Als Abgasbehandlungseinheiten eignen sich insbesondere Wabenkörper, beispielsweise keramische oder metallische Wabenkörper, oder auch Drahtgestrickkörper, Körper aus Metallschaum oder ähnliches. Metallische Wabenkörper können insbesondere aus mindestens einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage und gegebenenfalls mindestens einer im wesentlichen glatten Lage, die miteinander aufgewickelt oder gestapelt und verwunden werden, aufgebaut sein. Die miteinander verwundenen oder aufgewickelten Lagen bilden durchströmbare Hohlräume, die durch die Lagen begrenzt werden. Die Lagen sind insbesondere aus einem hochtemperaturkorrosionsfesten Material, wie Al- oder Cr-Stahl ausgebildet. Die Lagen können miteinander verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig, wie beispielsweise durch ein Hochtemperaturlötverfahren. Sowohl die im wesentlichen glatten Lagen als auch die zumindest teilweise strukturierten Lagen können zumindest in Teilbereichen Mikrostrukturen, Leitflächen, Durchbrechungen und/oder Perforationen aufweisen, die zu einer noch besseren Durchmischung der Gasströmung dienen.
- Die Vergleichmäßigung der Gasströmung vor Eintreten in die Abgasbehandlungseinheit erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, dass die Abgasbehandlungseinheit relativ nahe vor dem Wärmetauscher ausgebildet wird. Dies führt zu einer Vergleichmäßigung der Gasströmung bereits in der Abgasbehandlungseinheit, so dass hier die Umsetzungsrate verbessert wird, da der Querschnitt der Abgasbehandlungseinheit gleichmäßiger mit Abgas beaufschlagt wird. So kann das Volumen der Abgasbehandlungseinheit im Vergleich zu einem üblichen Aufbau bei gleicher Umsetzungsrate der Schadstoffe im Abgas reduziert werden. Durch die deutlich effizientere Umsetzungsrate der Schadstoffe sinkt auch die Verschmutzung des Wärmetauschers, so dass dieser im Vergleich zu konventionellen Wärmetauschern kleiner dimensioniert werden kann.
- Um eine Abgasbehandlungseinheit auszubilden, die einen nur geringen Staudruck aufweist, ist es möglich, einen Wabenkörper einzusetzen, der eine relativ geringe Zellenzahl, beispielsweise weniger als 400 cpsi (cells per square inch, Zellen pro Quadratzoll), bevorzugt weniger als 300 cpsi, besonders bevorzugt 200 cpsi und weniger, insbesondere sogar von 100 cpsi aufweist.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung beträgt ein zweiter Abstand einer gaseintrittsseitigen Stirnseite der Abgasbehandlungseinheit von einer gaseintrittsseitigen Stirnseite des Wärmetauchers weniger als 60 mm, bevorzugt weniger als 45 mm, besonders bevorzugt weniger als 30 mm.
- Diese Werte haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Insbesondere kommt es bei üblichen Betriebsbedingungen zu einer Kumulierung der Effekte des ersten und des zweiten Staudrucks kommen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage beträgt die Ausdehnung der Abgasbehandlungseinheit in Strömungsrichtung weniger als 100 mm, bevorzugt weniger als 50 mm, besonders bevorzugt 25 mm oder weniger.
- Aufgrund der sehr gleichmäßigen und effektiven Umsetzung der entsprechenden Stoffe im Abgas, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, können relativ kleine Abgasbehandlungseinheiten verwendet werden.
- Insbesondere ist es auch vorteilhaft, Wärmetauscher und Abgasbehandlungseinheit in einem gemeinsamen Gehäuse vorzusehen. Hierbei kann die Abgasbehandlungseinheit in einer entsprechenden Sicke des Gehäuses mittels einer Ausbördelung oder ähnlichem gehalten sein. Auch ist es möglich, die Abgasbehandlungseinheit bündig auf eine Stirnseite des Wärmetauschers aufzusetzen.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage ualfasst die Abgasbehandlungseinheit eine katalytisch aktive Beschichtung, insbesondere eine Oxidationskatalysatorbeschichtung.
- Die katalytisch aktive Beschichtung umfasst beispielsweise einen keramischen Washcoat, der Materialien enthält, die die gewünschten Reaktionen katalysieren, also insbesondere die Reaktionstemperatur dieser Reaktionen so weit herabsetzen, dass diese in nennenswertem Umfang bei den Temperaturen in der Abgasrückführleitung ablaufen. Als Katalysatoren eignen sich insbesondere Edelmetalle wie Platin, Rhodium oder ähnliches. Die Oxidationskatalysatorbeschichtung katalysiert insbesondere die Oxidation von Kohlenwasserstoffen, da diese mit für das Verschmutzen des Wärmetauschers verantwortlich sind. Die Kohlenwasserstoffe bilden eine klebrige Substanz, die auf den kalten Bereichen des Wärmetauschers kondensiert und die weiterhin dazu führen kann, dass im Abgas enthaltene Russpartikel an den Wänden des Wärmetauscher ankleben. Die Oxidation von Kohlenwasserstoffen führt also in besonders vorteilhafter Weise zu einer deutlichen Verringerung der Verschmutzung des Wärmetauschers. Insbesondere in Abgasanlagen von Dieselmotoren erfolgt aufgrund des relativ hohen Sauerstoffanteils im Abgas eine sehr weitgehende bis vollständige Oxidation der Kohlenwasserstoffe.
- Um eine möglichst große Umsetzungseffektivität der Oxidation der Kohlenwasserstoffe zu erreichen, ist die Abgasbehandlungseinheit insbesondere so ausgebildet, dass eine möglichst lange Verweilzeit und eine möglichst große zur Reaktion zur Verfügung stehende Oberfläche gegeben ist.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist das Verhältnis von erstem Staudruck zu zweitem Staudruck größer als 2, bevorzugt größer als 10.
- Insbesondere bei diesen Staudruckverhältnissen, wenn also der Staudruck des Wärmetauschers als solchem um mehr als einen Faktor 2 oder sogar 10 größer ist als der Staudruck der Abgasbehandlungseinheit als solcher, kumulieren in besonders vorteilhafter Weise die Effekte des ersten Staudrucks des Wärmetauscher und des zweiten Staudrucks der Abgasbehandlungseinheit bereits bei ersten Abständern von 15 mm oder weniger.
- Die vorliegende Erfindung wird weiterhin anhand der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass sie auf die dort gezeigten und beschriebenen Ausfillirungsbeispiele und Vorteile beschränkt wäre. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage;
- Fig. 2
- schematisch einen Ausschnitt des ersten Ausfuhrungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasanlage;
- Fig. 3
- schematisch einen Ausschnitt eines zweiten AusfWarimgsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasanlage; und
- Fig. 4
- schematisch zwei Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Strömungsgeschwindigkeit.
-
Fig. 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 1 einer Verbrennungskraftmaschine 2. Die Verbrennungslaaftmaschine 2 umfasst eine Ansauganlage 3 und einen Abgasausgang 4, wobei Abgasausgang 4 und Ansauganlage 3 über eine Abgasrückführleitung 5 verbunden sind, in der eine Abgasbehandlungseinheit 6 und ein Wärmetauscher 7 ausgebildet sind. - Der Wärmetauscher 7 weist einen ersten Staudruck und die Abgasbehandlungseinheit 6 einen zweiten Staudruck auf, der kleiner als der erste Staudruck ist. Die übliche Strömungsrichtung des Abgases wurde durch entsprechende Pfeile symbolisiert. Die Menge an Abgas, die durch die Abgasrückfuhrleitung 5 strömt, kann geregelt werden, beispielsweise durch nicht eingezeichnete entsprechende Ventile. Die Abgasrückführleitung 5 kann abgasseitig sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts eines nicht gezeigten Abgasturboladers abzweigen.
- Erfindungsgemäß ist die Abgasbehandlungseinheit 6 in einem solchen ersten Abstand 8 in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher 7 ausgebildet ist, so dass im Betrieb eine in die Abgasbehandlungseinheit 6 eintretende Gasströmung 14 vergleichmäßigt wird. Der erste Abstand 8 liegt hier bei weniger als 15 mm, bevorzugt bei weniger als 10 mm, besonders bevorzugt bei weniger als 5 mm. Wärmetauscher 7 und Abgasbehandlungseinheit 6 sind so ausgeführt, dass es bei diesem ersten Abstand 8 zur Kumulation der Effekte des ersten Staudrucks und des zweiten Staudrucks kommt, so dass das in die Abgasbehandlungseinheit 6 einströmende Abgas einen Staudruck überwinden muss, der größer als der zweite Staudruck der Abgasbehandlungseinheit 6 als solche ist. Dies führt wie oben dargelegt zu einer Vergleichmäßigung der Gasströmung 14, die in die Abgasbehandlungseinheit 6 einströmt.
-
Fig. 2 zeigt schematisch den Ausschnitt der Abgasrückführleitung 5, welcher die Abgasbehandlungseinheit 6 und den Wärmetauscher 7 umfasst. Ein zweiter Abstand 9 zwischen einer gaseintrittsseitigen Stirnseite 10 des Wärmetauscher 7 und einer gaseintrittsseitigen Stirnseite 11 der Abgasbehandlungseinheit 6 ist erfindungsgemäß so gewählt, dass es zu einer Vergleichmäßigung der Strömung in der Abgasbehandlungseinheit 6 kommt. Insbesondere beträgt der zweite Abstand 9 weniger als 60 mm, bevorzugt weniger als 45 min, besonders evorzugt weniger als 30 mm. Als Abgasbehandlungseinheit 6 können insbesondere kurze Wabenkörper zum Einsatz kommen, insbesondere einer Ausdehnung 12 in Strömungsrichtung von etwa 20 bis etwa 40 mm. Der erste Abstand 8 beträgt weniger als 15mm, oder beispielsweise auch 5 mm oder weniger. Insbesondere ist der erste Abstand 8 so gewählt, dass sich der Effekt des ersten Staudrucks des Wärmetauscher 7 und des zweiten Staudrucks der Abgasbehandlungseinheit 6 kumulieren, so dass das Abgas, welches in die Abgasbehandlungseinheit 6 strömt, einen Staudruck überwinden muss, der größer, bevorzugt deutlich größer als der zweite Staudruck der Abgasbehandlungseinheit 6 ist. -
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines weiteren Ausfühnngsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasanlage 1. Hier ist in der Abgasrückführleitung 5 ein Konus 13 ausgebildet, welcher die als Wabenkörper 17 mit hier konischen Kanälen 18 ausgeführte Abgasbehandlungseinheit 6 umfasst. Der Konus 13 führt das durch die Abgasrückführleitung 5 strömende Gasströmung 14 zum Wärmetauscher 7. Der Wärmetauscher 7 umfasst Abgasrohre 15 in einem Gehäuse 16. Die Gasströmung 14 strömt durch die Abgasrohre 15, wobei diese im Gehäuse 16 von einem Kühlmittel umströmt werden, welches Teil des Kühlkreislaufs der Verbrennungskraftmaschine 2 ist. Der erste Abstand 8 zwischen Wärmetauscher 7 und Abgasbehaadlungseinheit 6 ist erfindungsgemäß so gewählt, dass im Betrieb eine in die Abgasbehandlungseinheit 6 eintretende Gasströmung 14 vergleichmäßigt wird. -
Fig. 4 zeigt schematisch eine erste Wahrscheinlichkeitsverteilung 19 der Geschwindigkeit v und eine zweite Wahrscheinlichkeitsverteilung 20 der Geschwindigkeit v. Die erste Wahrscheinlichkeitsverteilung 19 ergibt sich, wenn nur die Abgasbehandlungseinheit 6 mit Gas beströmt wird, also ohne das in Strömungrichtung hinter dieser ein Wärmetauscher 7 ausgebildet ist. Aufgetragen ist für beide Verteilungen die Wahrscheinlichkeit, dass eine bestimmte Geschwindigkeit im Gas vorliegt. Sowohl die Wahrscheinlichkeit als auch die Geschwindigkeit werden in relativen Einheiten angegeben. Die zweite Wahrscheinlichkeitsverteilung 20 ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung in einem erfindungsgemäßen System. Sie betrifft also eine Abgasanlage 1 mit einem Wärmetauschers 7 und einer Abgasbehandlungseinheit 6 in einer Abgasrilckführleitung 5. Die zweite Wahrscheinlichkeitsverteilung 20 ist breiter, weist insbesondere eine größere Breite bei halber maximaler Höhe (full width half maximum) auf als die erste Wahrscheinlichkeitsverteilung 19. Dies beruht auf der erfindungsgemäßen Vergleichmäßigung der Strömung. - Die erfindungsgemäße Abgasanlage erlaubt in vorteilhafter Weise die Ausbildung eines Wärmetauschers 7 und einer Abgasbehandlungseinheit 6 wie beispielsweise ein Wabenkörper in der Abgasruckruhrleitung 5, wobei sowohl der Wärmetauscher 7 als auch die Abgasbehandlungseinheit 6 kleiner als in üblicher Weise ausgebildet werden können. Dies spart erhebliche Kosten bei der Auslegung solcher Systeme.
Claims (6)
- Abgasanlage (1) einer Verbrennungskraftmaschine (2), die eine Ansauganlage (3) und einen Abgasausgang (4) umfasst, wobei Abgasausgang (4) und Ansauganlage (3) über eine Abgasrückführleitung (5) verbunden sind, in der eine Abgasbehandxungseinheit (6) und ein Wärmetauschers (7) ausgebildet sind, wobei der Wärmetauscher (7) einen ersten Staudruck und die Abgasbehandlungseinheit (6) einen zweiten Staudruck aufweist, der kleiner als der erste Staudruck ist, wobei die Abgasbehandlungseinheit (6) in einem ersten Abstand (8) in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die Abgasbehandlungseinheit (6) einen Wabenkörper (17) umfasst und der erste Abstand (8) zwischen der Abgasbehandlungseinheit (6) und dem Wärmetauscher (7) weniger als 15 mm beträgt, und weiter sich im Betrieb der Effekt des ersten Staudrucks und des zweiten Staudrucks kumulieren, indem der zweite Staudruck in Strömungsrichtung vor der Abgasbehandlungseinheit (6) durch den ersten Staudruck des Wärmetauschers (7) beeiunflusst wird und so eine in die Abgasbehandlungseinheit (6) eintretende Gasströmung (14) hinsichtlich der Beströmung vergleichmäßigt wird. - Abgasanlage (1) nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis von erstem Staudruck zu zweitem Staudruck größer als 2 ist.
- Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein zweiter Abstand (9) einer gaseintrittsseitigen Stirnseite (11) der Abgasbehandlungseinheit (6) von einer gaseintrittsseitigen Stirnseite (10) des Wärmetauschers (7) weniger als 60 mm, bevorzugt weniger als 45 mm, besonders bevorzugt weniger als 30 mm beträgt.
- Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Ausdehnung (12) der Abgasbehandlungseinheit (6) in Strömungsrichtung weniger als 100 mm beträgt, bevorzugt weniger als 50 mm, besonders bevorzugt 25 mm oder weniger.
- Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abgasbehandlungseinheit (6) eine katalytisch aktive Beschichtung, insbesondere eine Oxidationskatalysatorbeschichtung umfasst.
- Abgasanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Verhältnis von erstem Staudruck zu zweitem Staudruck größer als 10 ist.
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