WO2012130796A1 - Heizmodul für eine abgasreinigungsanlage - Google Patents

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Bettina BAIER
Bernd Maurer
Klaus Schrewe
Frank Noack
Thomas Kästner
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Hjs Emission Technology Gmbh & Co. Kg
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    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel

Definitions

  • the invention relates to a heating module for an exhaust gas purification system connected to the output of an internal combustion engine, comprising a catalytic burner with an HC injector and with an oxidation catalytic converter arranged downstream of the HC injector in the flow direction of the exhaust gas for supplying thermal energy to an exhaust gas purification unit of the exhaust gas purification system, wherein the heating module has a main branch, a secondary line containing the catalytic burner and a device for controlling the exhaust gas mass flow flowing through the secondary line.
  • Such an aggregate may be, for example, an oxidation catalytic converter, a particulate filter and / or an SCR stage.
  • a particulate filter serves to catch soot particles ejected from the internal combustion engine.
  • On the upstream surface of the particulate filter accumulates in the exhaust soot accumulates. So that during the course of the successive accumulation of soot the exhaust backpressure does not increase too much and / or the filter threatens to clog, a regeneration process is triggered when the soot load of the particulate filter is sufficient. In such a regeneration process, the soot accumulated on the filter is burned off (oxidized).
  • the particulate filter After completion of such a soot oxidation, the particulate filter is regenerated. All that remains is a non-combustible ashes.
  • the soot For soot oxidation to take place, the soot must have a certain temperature. This is usually around 600 degrees Celsius. The temperature at which such soot oxidation begins may be lower, for example when the oxidation temperature has been lowered by an additive and / or by the provision of NO 2 . If the carbon black has a temperature which is below its oxidation temperature, it is necessary to supply thermal energy for triggering the regeneration process in order to be able to actively trigger a regeneration in this way. Active regeneration can be initiated by internal engine measures. be changed by the combustion process is changed so that exhaust gas is ejected in a higher temperature. However, in many applications, especially in the non-road area, post-motor actions are preferred for inducing active regeneration. In many cases, it is not possible to influence engine measures as part of an exhaust gas purification.
  • U1 discloses an exhaust gas purification system in which, for the purpose of actively causing the regeneration of a particulate filter, the exhaust gas line is divided into a main line and a secondary line. These two strand sections form a heating module.
  • a catalytic burner is turned on, heated by the flowing through the side branch partial exhaust stream and then combined with the flowing through the main strand exhaust stream, so that in this way the mixed exhaust gas mass flow has a much higher temperature.
  • the purpose of increasing the temperature of the exhaust gas stream is to heat the soot accumulated on the upstream side of the particulate filter to a sufficient temperature for triggering the regeneration process.
  • a catalytic burner is arranged in the secondary strand oxidation catalyst with upstream hydrocarbon injection.
  • For controlling the exhaust gas mass flow flowing through the secondary line is located in the main line of an exhaust valve, through which the free flow through bare cross-sectional area can be set in the main strand.
  • the catalytic burner connected in the secondary line can be overmolded so as to supply hydrocarbons to a second oxidation catalyst immediately upstream of the particle filter in order that they react with the same exothermic reaction at the catalytic surface of the latter second oxidation catalyst can react.
  • a two-stage heating of the exhaust gas can be carried out. the.
  • the exhaust gas flowing out of the second oxidation catalytic converter then has the necessary temperature in order to heat the soot accumulated on the upstream side of the particulate filter to such an extent that it oxidizes.
  • emission control units such as an oxidation catalyst or SCR stage
  • the object of the invention is to develop a heating module of the type mentioned in such a way that this compact design can be designed.
  • This object is achieved according to the invention by a heating module of the type mentioned, in which the main strand in the input region of the heating module has a Kochströmö Maschinenen having vonströmrohrabites through which overflow a flow connection between the main strand and the secondary strand is made.
  • the branch is formed in the secondary line and according to one embodiment, the mouth of the secondary line in the main strand in each case by a Kochströmrohrabites.
  • Such an overflow pipe section has overflow openings, which are introduced into the pipe forming the overflow pipe section.
  • the overflow pipe section arranged on the input side of the auxiliary line, which is located in the region of the inlet of the heating mode, radially out of the main line and into the secondary line in the radial direction of the exhaust gas flow to be conducted through the secondary line, if the exhaust gas flow is complete or partially through the tributary.
  • the design of the formation of the inlet in the secondary line using such overflow pipe sections allows the formation of a direction of the main flow direction of the exhaust gas also arranged at right angles branch as part of the secondary strand.
  • the output-side connection of the secondary line to the main line can be designed in the same way.
  • the main strand and the Secondary line in the axial direction and thus open in the main flow direction of the exhaust gas in a mixing chamber.
  • the longitudinal extent of the secondary strand with the catalytic burner can be essentially limited to the necessary length of the oxidation catalyst.
  • the length of the secondary line can be practically limited to the required length of the oxidation catalytic converter and of the heating element arranged upstream of it.
  • the above-described concept involves that the secondary branch branched off from the main branch at a right angle has a 90 degree deflection in order to guide the exhaust gas stream into a secondary strand section running parallel to the main strand.
  • the related diversion is typically in the region of the longitudinal axis of the secondary section with the oxidation catalyst, so that it is advisable to arrange the HC injector in the region of the deflection, in such a way that its spray cone frontally on the oxidation catalyst or, if this upstream of an electrothermal heating element is directed to this.
  • the HC injector in the region of the deflection, in such a way that its spray cone frontally on the oxidation catalyst or, if this upstream of an electrothermal heating element is directed to this.
  • no additional installation space in the longitudinal extension of the heating module is required for the necessary flow path for forming the spray cone of the HC injector.
  • the depth of the existing deflection which is required anyway, is used in this design.
  • the heating module has an electrothermal heating element connected upstream of the oxidation catalyst, since this can be used to evaporate the fuel introduced into the secondary line via the HC injector before it acts on the catalytic surface of the oxidation catalytic converter. Consequently, in such an embodiment, only a minimum of flow path between the HC injector or its injector nozzle and the oxidation catalyst needs to be present. In this case, the necessary flow path does not serve as a treatment path, but rather predominantly serves the purpose of spray cone formation, so that the entire or largely entire upstream surface of the heating element is located in the area of the spray cone.
  • the spray cone will typically be set in such a way that it is preferably only the upstream surface of the heating element acted upon and not or at most only subordinate upstream in the flow direction wall sections of the secondary strand section.
  • the conception of the input-side main branch branch through an overflow pipe section which, depending on the configuration of the heating module, encloses the secondary line or which is enclosed by the outgoing secondary line, permits the formation of numerous overflow openings, which are preferably distributed uniformly over the circumference of the overflow pipe section.
  • the configuration of the overflow openings and their arrangement will preferably be chosen such that, if possible, an equal distribution of the exhaust gas stream flowing into the secondary line is provided in the secondary line.
  • the aim is to uniformly flow the oxidation catalyst arranged in the secondary branch or, if present, the electrothermal heating element arranged upstream of it via the cross-sectional area of the secondary strand.
  • the overflow openings extend over only a part of the lateral surface of the overflow pipe section, for example only over 180 degrees.
  • the cross-sectional area of the overflow openings in their sum is slightly larger than the cross-sectional area of the main strand in the region of the overflow pipe section.
  • the concept of connecting the secondary line via overflow pipe sections as described above to the main line allows the overflow pipe sections and thus the branches to be formed by corresponding dimensioning of the overflow openings, specifically visibly of their number and diameter, that the exhaust gas stream conducted through the main branch experiences only a minimal and thus negligible exhaust gas back pressure build-up as it flows through the main branch of the heating module at the branches.
  • the exhaust gas flow to be conducted through the secondary line is directed in the radial direction outwards from the main line into the secondary line.
  • the oxidation catalyst and, if appropriate, the heating element arranged upstream of this are then located in a pipe arranged parallel to the main strand as a secondary strand section.
  • the secondary line is located in a secondary line section within the main line, preferably in a concentric arrangement with respect to this. The transition from the main strand into the secondary strand takes place in this embodiment in the radial direction inwards.
  • the secondary strand section with the catalytic burner is located inside the pipe limiting the main strand, during an operation of the catalytic burner in the secondary strand not only the exhaust gas stream flowing through the secondary strand but also an exhaust gas partial stream flowing through the main strand is heated, since this flows past the outer lateral surface of the secondary strand section containing the catalytic burner.
  • the temperature difference between the exhaust gas stream flowing out of the secondary branch and the exhaust gas flow flowing through the main branch is smaller during the merging of the two partial streams, which in turn is advantageous for a rapid mixing and the resulting temperature equalization in the downstream of the outlet the Maustranges flowing total exhaust gas makes noticeable.
  • the return of the exhaust gas flow conducted through the secondary line into the main flow can take place in a manner analogous to that at the inlet of the secondary line via a overflow pipe section having a second overflow opening.
  • the above remarks on the inlet-side overflow pipe section apply equally to a sol- Chen embodiment also for the outgoing side arranged with respect to the secondary strand fürströmrohrabites.
  • the introduction of the exhaust stream flowing out of the secondary branch into the main branch or into the exhaust gas stream flowing through it ensures a particularly effective mixing of the two partial exhaust streams merged at this point over a very short distance. This means that even after a very short flow path of the exhaust gas behind the outlet-side overflow pipe section, the exhaust gas mixed stream has a very uniform temperature distribution with respect to its cross-sectional area.
  • the fluid connection between the main strand and the Maustrangab- section with the oxidation catalyst and preferably also with this upstream electrothermal heating element is realized according to a preferred embodiment, in an embodiment in which the secondary strand section runs parallel to the main strand with the catalytic burner, by Studentsströmumlenkwaitn.
  • the main strand each with a Studentsströmrohrabêt.
  • the Volunteerstrangabites At a distance from the main line is connected to the Matterströmumlenkhuntn the Volunteerstrangabites with its internals.
  • the overflow deflection chambers are part of the secondary line.
  • Such a configuration allows the design of a secondary section with its internals, whose diameter is significantly larger than the diameter of the main strand.
  • a diameter-correspondingly large oxidation catalytic converter can be switched on in such a secondary line section.
  • the larger the cross-sectional area of the oxidation catalyst it can be designed shorter at the same volume in its longitudinal extent.
  • the back pressure and the conversion rate and thus the temperature load of the oxidation catalyst can be reduced.
  • the Umlenkcrowel by introduced after this prefabrication level openings for connecting such as sensors or, for example, an HC injector from each other.
  • the outer Umlenkcrowel can be the same. Only in the case of the input-side outer deflection chamber part are connecting means for connecting the HC injector typically provided.
  • this deflection chamber part has an injector opening with an outwardly flanged collar to which the HC injector is attached.
  • This deflecting chamber part can also be manufactured as an identical part to the outer deflecting chamber part of the other deflecting chamber, wherein the HC injector opening has been introduced through an additional processing step into this deflecting chamber part, which was initially produced as an identical part.
  • FIG. 1 shows a schematic view or insight into a heating module according to a first exemplary embodiment for supplying thermal energy into the exhaust gas line of an exhaust gas purification system connected to the output of an internal combustion engine
  • 2 a first end view (side view from the left) of the heating module of FIG. 1
  • FIG. 3 another end view (side view from the right) of the side of the heating module of FIG.
  • FIG. 4 shows a representation corresponding to that of FIG. 1 with flow arrows drawn in during operation of the heating module, FIG.
  • FIG. 5 shows a perspective view or insight into a heating module according to a further exemplary embodiment for supplying thermal energy into the exhaust gas line of an exhaust gas purification system connected to the output of an internal combustion engine
  • Fig. 6 A schematic view of or insight into the heating module of
  • FIG. 5 with flow arrows drawn in during operation of the heating module
  • FIGS. 7a, 7b a cross-sectional view of the heating module of FIGS. 5 and 6 (FIG. 7a) and a detail of a longitudinal section of said heating module (FIG. 7b) in the region of FIG.
  • a heating module 1 of a first embodiment of the invention is turned on in an exhaust line, not shown, an exhaust gas purification system.
  • the emission control system is in turn connected to the output of a diesel engine as an internal combustion engine.
  • the exhaust gas line, in which the heating module 1 is turned on, is identified by the reference symbol A.
  • the heating device 1 is connected in the flow direction of the exhaust gas, represented by the block arrows in FIG. 1, upstream of an exhaust gas purification unit, for example a particle filter in the flow direction of the exhaust gas.
  • the particle filter is preferably preceded by an oxidation catalytic converter.
  • the heating module 1 according to a first embodiment of the invention has a main line 2 and a secondary line 3.
  • the main line 2 is part of the exhaust line A of the exhaust gas purification system.
  • the exhaust gas emitted by the diesel engine flows when it is not passed through the secondary line 3. If the heating module 1 for supplying thermal energy into the exhaust gas line in operation, the exhaust gas flow is wholly or partially passed through the secondary strand 3.
  • an exhaust flap 5 which can be controlled by an actuator 4 is arranged in the main line 2.
  • the exhaust valve 5 is shown in its closing the main strand 2 position. Depending on the position of the exhaust flap 5 within the main line 2, the entire exhaust gas flow through the main strands 2 or through the secondary strand 3 or a partial flow through the main strand 2 and the complementary partial flow through the secondary strand 3 are passed.
  • the main line 2 of the heating module 1 has on the input side and on the output side with respect to the secondary line 3 in each case via an overflow pipe section 6, 6.1.
  • the overflow pipe section 6 of the illustrated embodiment is realized by a perforation, which is formed by a plurality of these pipe section cross-overflow openings 7.
  • the overflow openings 7 have a circular cross-sectional geometry and are circumferentially distributed in a uniform grid and designed with the same cross-sectional area. It is understood that both the arrangement of the overflow openings 7, their cross-sectional geometry and their size vary and may also be provided differently arranged over the Matterströmrohrabites typically in the flow direction of the exhaust gas.
  • the sum of the cross-sectional area of the overflow 7 is about 1, 3 times as large as the cross-sectional area of the main strand 2, typically in the region of the overflow pipe section 6.
  • the overflow pipe section 6.1 with respect to the secondary strand 3 is designed identically.
  • the design of the output-side overflow pipe section 6.1 can also be designed differently than the input-side overflow pipe section 6.1. section 6.
  • the overflow pipe section 6 is bordered by an overflow deflection chamber 8.
  • the enclosure of the overflow pipe section 6 takes place circumferentially, since in the illustrated embodiment the overflow openings 7 are distributed circumferentially over the overflow pipe section 6.
  • all the overflow openings 7 of the overflow pipe section 6 are located within the overflow deflection chamber 8.
  • exhaust gas can flow out of the main branch 2 into the secondary branch 3 over the entire circumference of the overflow pipe section 6.
  • the Matterströmumlenkhunt 8 is composed of two formed by deep drawing sheet metal parts - the Umlenkwaitteil 9, 9.1 - composed.
  • Umlenktalker 9, 9.1 At the mutually facing sides of Umlenkwaitmaschine 9, 9.1, these have each have a mounting flange 10, 10.1, with which the two Umenkhuntmaschine 9, 9.1 are gas-tightly connected to each other by a joining process.
  • the overflow pipe section 6.1 is bordered in the same way by a Kochströmumlenkwait 8.1.
  • a secondary strand section 1 1 which is designed in the illustrated embodiment as a pipe with a circular cross-sectional geometry.
  • an oxidation catalyst 12 In the secondary line section 1 1 is an oxidation catalyst 12 and this upstream in the flow direction an electrothermal heating element 13. The necessary connections for operating the heating element 13 are not shown in the figures for clarity.
  • To the outer Umlenkwaitteil 9 Kochströmumlenkwait 8 HC injector 14 is connected.
  • the HC injector 14 is used for spraying fuel (here: diesel), so as to allow hydrocarbons to operate the catalytic burner formed together with the oxidation catalyst 12.
  • the HC injector 14 is connected in a manner not shown to the fuel supply, from which also the diesel engine is fed.
  • Figures 2 and 3 of the heating module 1 show that the Kochströmumlenkhuntn 8, 8.1, starting from the main strand 2 in the direction of the secondary strand section 1 1 in terms of flow cross-sectional area increase. On the input side, this increase in cross-sectional area results in a slowing down of the exhaust gas flow conducted through the secondary branch 3. This is desirable so that the spray cone formed by the HC injector 14 is largely uninfluenced by the inflowing exhaust gas flow when injecting fuel.
  • the sprayed by the HC injector 14 fuel cone is designed so that it wets the upstream end of the heating element 13 with fuel, wherein the spray cone does not have an angle that in the flow direction in front of the heating element 13 located wall portions of the secondary strand section 1 1 are wetted with fuel ,
  • the cross-sectional area of the secondary strand section 11 is once again somewhat smaller than the flow cross-sectional area within the overflow deflection chamber 8 (the same applies to the overflow deflection chamber 8.1) in the region of the horizontal peak of the secondary strand section shown in FIGS 1 1.
  • the exhaust valve 5 is in its relation to the illustrations of Figure 1 by 90 degrees pivoted position. Flows through in this position, the heating module 1 acting exhaust completely the main strand 2. This is because that the heating module 1 acting upon Exhaust gas flow through the secondary line 3 is opposed to a slightly larger exhaust back pressure than this by the main line 2 and the heating module 1 downstream components of the emission control system 1 is the case.
  • the cross-sectional area in the secondary strand section 1 1 is in the illustrated embodiment, slightly more than twice as large as the cross-sectional area of the main strand 2. This is done against the background that for forming a compact as possible heating module 1, especially the cross-sectional area of the internals - heating element 13 and Oxidati - Onskatalysator 12 - can be used and especially the oxidation catalyst 12 must have only a relatively short extent in the flow direction of the exhaust gas. It has been shown that, especially in the longitudinal extent of an exhaust line, the installation space is often limited, while in the transverse direction, there are sometimes possibilities for accommodating certain units. This requirement is sufficient because of the above-described concept, the heating module 1 in particular.
  • Thenikströmumlenkhunt 8.1 carries a temperature sensor 15, with the exhaust gas temperature on the output side relative to the Oxidationskataly- 12 can be detected.
  • the heating module 1 Operates the heating module 1 for supplying thermal energy in the exhaust stream of the diesel engine, for example, to trigger a regeneration of a downstream in the emission control system with respect to the heating module 1 particulate filter and optionally control. If the exhaust gas emitted by the diesel engine has exceeded a certain temperature, before the actual operation of the Heating module 1 a part of the exhaust stream or the entire exhaust stream passed through the secondary strand 3. This serves the purpose of preheating the oxidation catalyst 12, as far as possible by the temperature of the exhaust gas stream, and to bring this, if the temperature of the exhaust gas is sufficiently high, to its operating temperature. If the oxidation catalytic converter 12 can not be brought to its light-off temperature by this measure, the electrothermal heating element 13 is additionally energized so that the oxidation catalytic converter is heated via the exhaust gas flow heated by the heating element 13.
  • the heating module 1 is the first part of a two-stage catalytic burner arrangement, it will be preferable to design the oxidation catalyst 12 with a higher oxidation-catalytic loading than the oxidation catalyst arranged downstream of it in the main line. Consequently, in such an embodiment, the light-off temperature of this oxidation tion catalyst 12 is lower.
  • the exhaust valve 5 is set in the main line by means of the actuator 4. It is understood, when the exhaust valve 5 is in the main line in its closed position, the majority of the exhaust gas flow is passed through the secondary line 3. Conversely: If the exhaust gas flap is in its fully open position, as can be seen in the side view of FIG. 2, the entire exhaust gas stream flows through the main branch 2 of the heating module 1.
  • the exhaust gas flow flowing through the secondary line 3 is heated by the operation of the catalytic burner turned on, formed in the illustrated embodiment by the HC injector 14, the heating element 13 and the oxidation catalytic converter 12.
  • the electrical heating element 13 is energized, so that evaporates at this injected via the HC injector 14 fuel.
  • the spray cone S of the HC injector 14 is shown schematically in FIG.
  • the fuel vaporized on the heating element 13 acts on the catalytic surface of the oxidation catalytic converter 12 and triggers the desired exothermic reaction.
  • FIG. 5 shows a further heating module 1 .1 according to a further exemplary embodiment of the invention.
  • the heating module 1 .1 is in principle constructed as the heating module 1 of Figures 1 to 4. Therefore, the comments on the heating module 1 also apply to the heating module 1 .1, unless otherwise explained below.
  • the heating module 1 .1 of the secondary strand section 1 1.1 with the oxidation catalyst 12.1 and this upstream heating element 13.1 within the main string 2.1 is arranged.
  • the illustrated embodiment of the heating module 1 .1 are main strand 2.1 and side branch 3.1 in a concentric arrangement to each other.
  • the exhaust line A opens in the illustrated embodiment radially into the main line 2.1.
  • the main strand 2.1 is limited on the inside by the side branch 3.1 due to the concentric arrangement in the radial direction.
  • the Cranstrangabites 1 1 .1 upstream of a Matterströmrohrabites 6.2 is the area of the entrance of the heating module 1 .1 in the area of the entrance of the heating module 1 .1 in the area of the entrance of the heating module 1 .1 in the area of the entrance of the heating module 1 .1 in the area of the entrance of the heating module 1 .1 is the Maustrangabites 1 1 .1 upstream of a Questionströmrohrabites 6.2.
  • the overflow pipe section 6.2 is formed as well as the overflow pipe sections 6, 6.1 of the embodiment of Figures 1 to 4. Therefore, the relevant explanations also apply to the overflow pipe section 6.2 of the heating 1.1.
  • the overflow openings 7.1 are circumferentially introduced into the overflow pipe section 6.2 and have in the illustrated embodiment, a circular cross-sectional geometry.
  • the overflow pipe section 6.2 or its overflow openings 7.1 forms the inlet and thus the flow connection between the main strand 2.1 and the secondary strand 3.1.
  • An HC injector 14.1 is arranged in an axial arrangement with respect to its injection nozzle to the secondary line 3.1, so as well as the HC injector 14 of the heating module. 1
  • the inlet opening for the inflow of the exhaust gas into the main branch may alternatively also be realized tangentially or axially with respect to the main flow direction of the exhaust gas by the heating module 1 .1. If an axial input opening, this may, if desired, be annular.
  • the main strand 2.1 thus surrounds the secondary strand 3.1 and thus forms an annular chamber.
  • a helix 16 is used as a guide element through which the flowing in the radial direction in the main line 2.1 exhaust gas undergoes a rotational movement component. Consequently, the exhaust stream flowing through the main branch 2.1 is set into a rotational movement by this embodiment.
  • a helically extending around the secondary strand 3.1 flow channel is formed at the same time. This channel is used in the illustrated embodiment to dispose an exhaust flap 5.1 therein.
  • the exhaust valve 5.1 is pivotable about a radially extending to the longitudinal axis of the secondary strand 3.1 axis of rotation.
  • the exhaust valve 5.1 is shown in its open position. Due to the formation of the flow channel created by the helix 16, which ultimately constitutes the fluidically effective part of the main branch 2.1, the exhaust gas stream conducted through the main branch 2.1 is conducted around the lateral surface of the secondary strand 3.1.
  • This longer throughflow path has the advantage that, depending on the operating state, the temperature of the inflowing exhaust gas heats the oxidation catalyst 12.1 arranged in the auxiliary section 3.1, and therefore typically at least approximately has the temperature of the exhaust gas.
  • FIG. 6 shows an illustration during an operation of the heating module 1.1, which in principle corresponds to the illustration of FIG. 4 for the heating module 1.
  • the exhaust gas flow flowing through the overflow openings 7.1 of the overflow pipe section 6.2 into the secondary line 3.1 is indicated by the arrows with dashed border, since the relevant exhaust gas flow lies within the secondary line 3.1.
  • the exhaust valve 5.1 is located to increase the exhaust back pressure in the main strand 2.1 in its relation to the illustration in Figure 5 rotated by 90 degrees position. In this position, the exhaust valve 5.1 does not completely close the flow channel, as explained below to FIGS. 7a, 7b, so that a small partial exhaust gas stream flows through the main branch 2.1.
  • the rotation of this partial exhaust stream to the secondary strand 3.1 is shown schematically by arrows.
  • the geometry of the exhaust flap 5.1 in its open position becomes clear from the cross-sectional illustration of FIG. 7a through the heating module 1 .1 in the longitudinal extension thereof shortly before the exhaust flap 5.1.
  • the rotational flow of the exhaust stream through the main strand 2.1 is indicated by block arrows.
  • Also clearly visible is the concentric arrangement of the secondary strand section 1 1 .1 with the arranged in the sectional plane of the oxidation catalyst 12.1 to the main strand 2.1.
  • the exhaust flap 5.1 has in the radial direction to the outside a curved end 18, which is adapted to the curvature of the main strand 2.1 enclosing housing.
  • Both the main strand 2.1 and the secondary strand 3.1 open into a conically tapering mixing chamber 17. In this passes the guided through the main strand 2.1 partial exhaust gas stream as a rotating ring flow, which encloses the opening into the mixing chamber 17, flowing through the secondary line 3.1 exhaust stream.
  • the constriction formed by the tapering of the mixing chamber 17 and the swirl of the exhaust gas stream flowing through the main branch 2.1 into it require a particularly effective mixing of the two exhaust gas substreams over a very short distance.
  • the partial exhaust gas stream flowing out of the secondary branch 3.1 can likewise enter the mixing chamber 17 by providing a corresponding orifice as concentric annular flow to the partial exhaust gas stream leaving the main branch 2.1.
  • the partial exhaust gas stream leaving the secondary branch 3.1 can also flow into the mixing chamber 17 as a swirl flow, the swirl of the partial exhaust gas stream leaving the secondary branch 3.1 being opposite to the swirl of the secondary exhaust flow for the purposes of intensive mixing is directed through the main strand 2.1 flowing exhaust gas partial stream.
  • the partial exhaust gas streams can have radial flow components directed toward one another as they flow into the mixing chamber 17 by means of corresponding guide elements.
  • the spray cone S of the HC injector 14.1 is also shown in FIG. Due to the radial inflow of the exhaust gas from the main branch 2.1 through the overflow openings 7.1 in the secondary strand 3.1 effectively spray o ⁇ f deposits of the HC injector 14.1 on the inside of the overflow pipe section 6.2 and the adjacent thereto Maustrangabites 1 1 .1 avoided.
  • the heating module 1 .1 underlying concept not only ensures a temperature-efficient design of the heating module but also a particularly space-saving design.
  • the mixing chamber 17 connecting the outlets of the two strands 2.1, 3.1 is conically tapered in the main flow direction of the exhaust gas.
  • the mixing chamber can also be cylindrical, to which cylindrical section, after a short flow path, that exhaust gas purification unit can already connect, to which the temperature provided by the heating module 1 .1 is to be supplied.

Abstract

Ein Heizmodul (1) für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage umfasst 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. Dabei ist vorgesehen, dass 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 (3) durchströmenden Abgasmassenstroms verfügt. Gemäß einer ersten Ausgestaltung weist der Hauptstang (2) im Eingangsbereich des Heizmoduls (1) einen Überströmöffnungen (7) aufweisenden Überströmrohrabschnitt (6) auf, zwischen welchen Überströmumlenkkammern (8) sich parallel zum Hauptstrang (2) des Heizmoduls (1) der Nebenstrangabschnitt (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) befindet. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Nebenstrang (3) eingangsseitig und ausgangsseitig jeweils über eine in radialer Richtung von dem Hauptstrang (2) abgehende Umlenkkammer (8) verfügt, zwischen welchen Umlenkkammern (8) sich parallel zum Hauptstrang (2) des Heizmoduls (1) der Nebenstrangabschnitt (11) mit dem Oxidationskatalysator (12) befindet.

Description

Heizmodul für eine Abgasreinigungsanlage
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 Oxidations- katalysator 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 anströmseitigen 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 Re- generationsprozess ausgelöst. Bei einem solchen Regenerationsprozess wird der auf dem Filter akkumulierte Ruß abgebrannt (oxidiert). Nach Ab- schluss 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 eingelei- tet 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 Par- tikelfilters 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 durchström bare 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 Reak- tion an der katalytischen Oberfläche dieses zweiten Oxidationskatalysators reagieren können. Somit kann bei dieser vorbekannten Abgasreinigungsanlage ein zweistufiges Erwärmen des Abgases vorgenommen wer- den. 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 Überströmrohrabschnitt 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 Überströmrohrabschnitt 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 Ne- benstrang 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 Neben- Stranges. 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 Oxidationskataly- sators beschränken. Ist dem katalytischen Brenner zudem ein dem Oxida- tionskatalysator 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 Kon- zeption 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 Nebenstrangab- schnitt 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 Sprühke- gels 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 beauf- schlagt. 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 ge- samte 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 einge- fasst 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 wer- den. 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 Überström- rohrabschnitte wie vorbeschrieben, an den Hauptstrang erlaubt eine Ausbildung der Überströmrohrabschnitte und damit der Abzweigungen durch entsprechende Dimensionierung der Überströmöffnungen, und zwar hin- sichtlich 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 konzentri- sehen 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 Übri- gen 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 Neben- Stranges über einen zweiten Überströmöffnungen aufweisenden Überströmrohrabschnitt erfolgen. Die vorstehenden Ausführungen zu dem ein- gangsseitigen Überströmrohrabschnitt gelten gleichermaßen bei einer sol- chen Ausgestaltung ebenfalls für den bezüglich des Nebenstranges aus- gangsseitig 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 Nebenstrangab- schnitt 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 Überströmumlenkkammern der Nebenstrangabschnitt mit seinen Einbauten angeschlossen. Die Überström- umlenkkammern 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 einge- schaltet 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 derarti- ger, 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:
Fig. 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, Fig. 2: Eine erste Stirnseitenansicht (Seitenansicht von links) auf das Heizmodul der Figur 1 , Fig. 3: Eine weitere Stirnseitenansicht (Seitenansicht von rechts) auf die der Seitenansicht der Figur 2 gegenüberliegende Seite des Heizmoduls der Figur 1 ,
Fig. 4: Eine Darstellung entsprechend derjenigen der Figur 1 mit darin eingezeichneten Strömungspfeilen bei einem Betrieb des Heizmoduls,
Fig. 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,
Fig. 6: Eine schematisierte An- bzw. Einsicht in das Heizmodul der
Figur 5 mit darin eingezeichneten Strömungspfeilen bei einem Betrieb des Heizmodules und
Fig. 7a, 7b: Eine Querschnittsdarstellung des Heizmoduls der Figuren 5 und 6 (Figur 7a) sowie einen Ausschnitt eines Längsschnit- tes des genannten Heizmodules (Figur 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 Figur 1 dargestellt, einem Abgasrei- nigungsaggregat, beispielsweise einem Partikelfilter in Strömungsrichtung des Abgases vorgeschaltet. Vorzugsweise ist dem Partikelfilter ein Oxida- tionskatalysator 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 Figur 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 Haupt- sträng 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 aus- gangsseitig 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 Über- Strömöffnungen 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 Überström rohr- abschnitt 6.
Der Überströmrohrabschnitt 6 ist durch eine Überströmumlenkkammer 8 eingefasst. Die Einfassung des Überströmrohrabschnittes 6 erfolgt um- fänglich, 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 Überströmrohrabschnit- tes 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 Um- lenkkammerteile 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 1 1 , der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rohr mit einer kreisförmigen Querschnittsgeometrie ausgeführt ist. In dem Nebenstrangabschnitt 1 1 befindet sich ein Oxidationskatalysator 12 und diesem in Strömungsrichtung vorge- schaltet 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 Nebenstrangab- schnittes 1 1 .
Die Seitenansichten der Figuren 2 und 3 des Heizmoduls 1 zeigen, dass sich die Überströmumlenkkammern 8, 8.1 ausgehend vom Hauptstrang 2 in Richtung zum Nebenstrangabschnitt 1 1 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 anströmseitige 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 1 1 mit Kraftstoff benetzt werden. Die Querschnittsfläche des Nebenstrangabschnittes 1 1 ist, wie aus den Figuren 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 Figuren 2 bzw. 3 gezeigten horizontalen Scheitels des Nebenstrangabschnittes 1 1. Die Folge ist, dass in den Nebenstrangabschnitt 1 1 hinein eine gewisse Beschleunigung des in den Nebenstrang 3 eingeleiteten Abgasstromes eintritt, wodurch mögliches Spray-off des HC-Injektors 14 in den Nebenstrangabschnitt 1 1 eingezogen und dem elektrothermischen Heizelement 13 zugeführt wird, mithin unerwünschte Wandablagerungen vermieden werden können.
In der Seitenansicht des Heizmoduls 1 der Figuren 2 und 3 befindet sich die Abgasklappe 5 in ihrer gegenüber der Darstellungen der Figur 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 1 1 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 Oxidati- onskatalysator 12 - genutzt werden können und vor allem der Oxidations- katalysator 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 Oxidationskataly- sators 12 erfasst werden kann.
Aus der Darstellung der Figuren 1 bis 3 wird ebenfalls deutlich, dass der Aktuator 4 nicht, wie in den Figuren dargestellt, an der Unterseite der Dar- Stellung 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 elektrothermi- sche 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 Oxi- dationskatalysators 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 Figur 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 katalyti- sehen 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 Figur 4 schematisiert eingezeichnet. Der an dem Heizelement 13 verdampfte Kraftstoff beaufschlagt die katalytische Oberfläche des Oxidationskataly- sators 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.
Figur 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 Figuren 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 1 1.1 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 1 1 .1 ein Überströmrohrabschnitt 6.2 vorgeschaltet. Der Überströmrohrabschnitt 6.2 ist ebenso ausgebildet wie die Überströmrohrabschnitte 6, 6.1 des Ausführungsbeispiels der Figuren 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 Hauptströmungsrichtung 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 wendeiförmig um den Nebenstrang 3.1 erstreckender Strömungskanal ausgebildet. Dieser Kanal wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel genutzt, um darin eine Abgas- klappe 5.1 anzuordnen. Diese ist, wie auch bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 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 Figur 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 Oxidationskatalysa- tors 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 1 1.1 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 infol- ge der durch die Wendel 16 ausgebildeten Strömungskammer eine besonders effektive Wärmeübertragung gewährleistet.
Figur 6 zeigt eine Darstellung bei einem Betrieb des Heizmodules 1.1 , die prinzipiell der Darstellung der Figur 4 zu dem Heizmodul 1 entspricht. Ein- getragen 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 Figur 5 um 90 Grad gedrehten Stellung. In dieser Stellung verschließt die Abgasklappe 5.1 den Strömungskanal nicht vollständig, wie nachstehend zu Figuren 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 Figur 7a durch das Heizmodul 1 .1 in Längserstreckung desselben kurz vor der Abgasklappe 5.1 wird die Geo- metrie der Abgasklappe 5.1 in ihrer Offenstellung (siehe auch Figur 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 1 1 .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 Figur 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. 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 Figur 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-o^f-Ablagerungen des HC-Injektors 14.1 an der Innenseite des Überströmrohrabschnittes 6.2 und dem daran angrenzenden Nebenstrangabschnitt 1 1 .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 Figuren 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die die Ausgänge der beiden Stränge 2.1 , 3.1 anschließende Mischkammer 17 konisch in Hauptströmungsrichtung des Abgases verjüngt. Eine solche Verjüngung ist grundsätzlich nicht erforderlich. Vielmehr kann die Misch- kammer 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
1 , 6.2 Überströmrohrabschnitt
7, 7.1 Überströmöffnung
8, 8.1 Überströmumlenkkammer
9, 9.1 Umlenkkammerteil
, 10.1 Montageflansch
, 1 1 .1 Nebenstrangabschnitt
, 12.1 Oxidationskatalysator
, 13.1 Heizelement
, 14.1 HC-Injektor
15 Temperatursensor
16 Wendel
17 Mischkammer
18 Abschluss
A Abgasstrang
S Sprühkegel

Claims

Patentansprüche
Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalyti- schen 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 gekenn- zeichnet, dass Hauptstrang (2.1 ) und Nebenstrang (3.1 ) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
6. Heizmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrang (2.1 ) und der Nebenstrang (3.1 ) in axialer Richtung in eine Mischkammer (17) münden.
7. Heizmodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (17) in Hauptströmungsrichtung des Abgases ver- jüngt ist.
8. Heizmodul nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hauptstrang (2.1 ) wenigstens ein zumindest abschnittsweise wendeiförmiges Leitblech (16) eingesetzt ist, durch das der den Hauptstrang (2.1 ) durchströmende Abgasstrom eine rotative Bewegungskomponente erhält.
9. Heizmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang (3.1 ) unter Zwischenschaltung ei- nes Lochbleches in die Mischkammer (17) mündet.
10. Heizmodul nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenstrang unter Zwischenschaltung einer Blende in die Mischkammer mündet, wobei die Blendenöffnung ei- ne Ringstruktur aufweist.
11. 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.
12. Heizmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, 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 Überströmrohrabschnitte (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 (1 1 ) mit dem Oxidationskatalysator (12) befindet.
Heizmodul für eine an den Ausgang einer Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasreinigungsanlage, umfassend einen katalyti- schen 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 kata- lytischen 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 (1 1 ) 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 (1 1 ) 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 (1 1 ) mit dem Oxidationska- talysator (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 eingangsseiti- gen 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 (1 1 , 1 1 .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 elektrothermi- sches 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.
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