WO2017137381A1 - Abgasreinigungssystem - Google Patents

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WO2017137381A1
WO2017137381A1 PCT/EP2017/052610 EP2017052610W WO2017137381A1 WO 2017137381 A1 WO2017137381 A1 WO 2017137381A1 EP 2017052610 W EP2017052610 W EP 2017052610W WO 2017137381 A1 WO2017137381 A1 WO 2017137381A1
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gas purification
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exhaust
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Markus Pruss
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification system according to the preamble of the first claim, such exhaust gas purification systems are known from the prior art, in particular from DE 103 29 436 A1.
  • DE 103 29 436 A1 proposes for improved space utilization for an emission control system in a passenger car to arrange two exhaust gas purification elements geometrically one behind the other and to design the exhaust system such that these exhaust gas purification elements can be flowed through in parallel by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • an exhaust gas purification system is a device for purifying exhaust gases from an internal combustion engine, as can be used for driving a motor vehicle.
  • this internal combustion engine is designed in a reciprocating design and more preferably, this is designed as an internal combustion engine which operates on the diesel or preferably according to the Otto principle.
  • an exhaust gas purification element is to be understood as a device through which an exhaust gas stream can flow, and the exhaust gas purification element or a surface of the exhaust gas purification element can be contacted by this exhaust gas flow at least in sections. Further cleans the exhaust gas purification element in this flow the exhaust of certain, especially harmful, ingredients or converts them into innocuous ingredients. Furthermore, it is preferably made possible by an exhaust gas purification element to filter solids or particles from the exhaust gas flow.
  • Such exhaust gas purification elements are known from the prior art, in particular as components which consist at least in sections of ceramic or metallic materials or with such, coated at least in sections. In particular, such an exhaust gas purification element is referred to as a monolith.
  • the exhaust gas purification system is designed such that it forms at least two partial exhaust gas flows, that is, an exhaust gas flow supplied from the internal combustion engine to the exhaust gas purification system is split into two exhaust gas streams flowing in parallel flow, and preferably before leaving the exhaust gas purification system the two partial exhaust gas streams are again closed united a common exhaust stream.
  • an exhaust gas flow supplied from the internal combustion engine to the exhaust gas purification system is split into two exhaust gas streams flowing in parallel flow, and preferably before leaving the exhaust gas purification system the two partial exhaust gas streams are again closed united a common exhaust stream.
  • the exhaust gas outlet surface of an exhaust gas purification element is understood to be that surface of this exhaust gas purification element through which the partial exhaust gas stream which flows through it leaves the exhaust gas purification element.
  • the downstream rear surface of the cylinder is to be understood as the exhaust-gas outlet surface.
  • the exhaust gas inlet surface of an exhaust gas purification element is to be understood as that surface of this exhaust gas purification element through which the partial exhaust gas flow, which flows through it, enters the exhaust gas purification element.
  • the flow-wise front cover surface of the cylinder is to be understood as the exhaust gas inlet surface.
  • an exhaust gas partial flow channel is to be understood as meaning a flow channel which, in terms of flow, is connected in parallel to one of the exhaust gas purification elements.
  • a such Abgasteilstromkanal allows the exhaust gas stream deliverable by the internal combustion engine is divided within the Abgstherapiessystems in a first and a second partial exhaust gas flow, the first partial exhaust gas flow through the first exhaust gas purification element and the second partial exhaust gas flow through the first exhaust partial flow channel, the same applies to the second partial exhaust gas flow channel second exhaust gas purification element.
  • a partial exhaust gas flow channel is designed as a pipeline.
  • such a partial exhaust gas flow channel is formed within a housing, at least partially surrounds at least one of the exhaust gas purification elements, and preferably the exhaust gas partial flow channel is at least partially limited by this housing.
  • the exhaust gas partial flow channel is at least partially limited by this housing.
  • an imaginary plane is to be understood by projection plane, which is preferably arranged orthogonal to the flow direction of at least the first or the second or both emission control elements. Further preferably, a longitudinal axis of at least one of these exhaust gas purification elements is aligned orthogonal to the projection plane, or axially parallel to the flow direction of the partial exhaust gas flow through at least one of the exhaust gas purification elements. Further preferably, at least one of the exhaust gas purification elements is rotationally symmetrical to the longitudinal axis of this exhaust gas purification element. Further preferably, the projection plane is aligned orthogonal to the flow direction, which has the partial exhaust gas flow directly at, or after exiting one of the exhaust gas purification elements, preferably the first exhaust gas purification element.
  • the first partial exhaust gas flow channel is geometrically arranged at least in sections next to the first exhaust gas purification element and the second partial exhaust gas flow channel is arranged geometrically at least in sections next to the second exhaust gas purification element.
  • the exhaust gas-entraining surface is to be understood as the cross-sectional area through which exhaust gas can flow, in particular orthogonally to the flow direction of the exhaust gas.
  • the first and the second partial exhaust gas flow channel are arranged in a gap between a first and a second imaginary tangent planes.
  • the first Tangentialebne tangential affects at least one of the exhaust gas purification elements from one side and the second tangential plane is tangent to this exhaust gas purification element from the opposite side.
  • the first and second tangent planes are aligned parallel to each other and orthogonal to the projection plane.
  • a sectionstromkanalachse pierces, this is to be regarded as an imaginary straight line, which is aligned orthogonal to the projection plane, both the first and the second exhaust passage area.
  • the first and the second partial exhaust gas flow channel are arranged on the same side of the exhaust gas purification elements and thereby a particularly space-saving construction can be achieved.
  • the first exhaust gas purification element and the second exhaust gas purification element have, at least substantially, the same flow resistance.
  • the first exhaust gas passage surface and the second exhaust gas passage surface at least substantially, the same surface area.
  • the first exhaust gas passage surface and the second exhaust gas passage surface are identical to each other. In particular, by such a configuration, a particularly low flow resistance for the exhaust gas purification system can be achieved.
  • an exhaust gas routing device downstream of the exhaust gas outlet surface of the first exhaust gas purification element and the exhaust gas inlet surface of the second exhaust gas purification element.
  • this exhaust gas guide device is configured to direct the first partial exhaust gas flow emerging from the exhaust gas outlet surface of the first exhaust gas purification element into the second exhaust gas partial flow channel.
  • this exhaust gas guide device is preferably configured to guide the second partial exhaust gas stream flowing through the first exhaust gas partial flow channel to the exhaust gas inlet surface of the second exhaust gas purification element.
  • the exhaust gas guide device is formed as, in particular thin-walled, sheet metal component, wherein on one side of this sheet metal component of the first partial exhaust gas flow flows and on the opposite side of this side of the second partial exhaust gas flow. Investigations have shown that the flow behavior can be improved geometrically between the first and the second exhaust gas purification element, in particular by means of such an exhaust gas routing device.
  • the exhaust gas purification system has an exhaust system housing.
  • this exhaust system housing surrounds the first exhaust gas purification element or the second exhaust gas purification element or both at least partially or preferably completely.
  • the exhaust gas guide device is disposed within this exhaust system housing, preferably is the Exhaust gas guide device connected to the exhaust system housing, particularly preferably integrally connected.
  • the exhaust-gas guidance device preferably closes off the exhaust-gas inlet surface of the second exhaust-gas purification element together with the exhaust-gas system housing in a fluid-tight manner with respect to the exhaust gas outlet surface of the first exhaust-gas purification element.
  • the exhaust gas guide device thus results in 2 fluidly or fluidly separated paths through the exhaust gas purification system and thus in particular the flow resistance can be lowered.
  • the exhaust gas guide device is designed as a bent sheet metal part, in particular a three-dimensionally shaped bent sheet metal part.
  • the first exhaust gas purification element or the second exhaust gas purification element or both is designed as an exhaust gas particle filter.
  • the number of particles within the exhaust gas stream emitted by the internal combustion engine can be reduced.
  • the first exhaust gas purification element or the second exhaust gas purification element or both is designed as an exhaust gas catalytic converter.
  • An exhaust gas catalytic converter is preferably to be understood as meaning a device for converting, in particular, harmful constituents of the exhaust gases of the internal combustion engine into less harmful substances. Such catalytic converters are known from the prior art, in particular as oxidation catalysts.
  • an embodiment of the exhaust gas purification system comprises at least one exhaust gas particulate filter and at least one exhaust gas catalyst.
  • the exhaust gas purification system has an exhaust gas flow collector. Such an exhaust gas flow collector preferably has an exhaust gas outlet opening.
  • this Abgasabströmö réelle is in particular set up such that an exhaust gas flow can flow through it from the emission control system as planned. Further preferably flows through this Abgasabströmö réelle the entire exhaust gas stream supplied to the exhaust gas purification system from this. Further preferably, the exhaust gas flow collector connects the second exhaust gas partial flow channel and an exhaust gas outlet surface of the second exhaust gas purification element in a fluid-conducting manner with this exhaust gas outlet opening.
  • the exhaust gas purification system comprises an exhaust gas flow divider.
  • the exhaust gas flow divider preferably has an exhaust gas inlet opening.
  • this exhaust gas inlet opening is preferably designed so that an exhaust gas flow which is emitted by the internal combustion engine can enter into the exhaust gas purification system through it.
  • this exhaust gas flow divider connects the first exhaust gas partial flow channel and an exhaust gas inlet surface of the first exhaust gas purification element in a fluid-conducting manner with this exhaust gas inlet opening.
  • the exhaust gas flow divider or the exhaust gas flow collector or both at least partially or completely formed as a sheet metal component.
  • the exhaust gas flow divider or the exhaust gas flow collector or both of the exhaust system housing are materially connected.
  • a cohesive connection can be produced by a welding process.
  • the exhaust gas flow collector or the exhaust gas flow divider or both are integrally formed with the exhaust system housing.
  • by a cohesive connection so a fluid-tight connection of the components with each other can be produced.
  • the first exhaust gas partial flow channel or the second exhaust gas partial flow channel or both at least partially or completely, limited by the exhaust system housing and the exhaust gas guide device.
  • such a boundary is present in particular in the region of one of the exhaust gas partial flow channels in which they are arranged next to, or parallel to, one of the exhaust gas purification elements.
  • Fig. 1 a perspective sectional view of a
  • FIG. 2 a perspective sectional view of a
  • FIG. 3 a perspective sectional view of a
  • Fig. 5 is a longitudinal sectional view in plan view.
  • FIG. 1 shows an exhaust-gas purification system, in which an exhaust gas flow 1 from an internal combustion engine enters into this exhaust gas and leaves the exhaust gas purification system as purified exhaust gas flow 2.
  • the upper half of the exhaust system housing 12 is shown in a semi-transparent manner and thus gives the view of the first exhaust gas purification element 6 free.
  • the first partial exhaust gas flow 5 flows through the first exhaust gas purification element 6.
  • This partial exhaust gas flow 5 is conducted through the exhaust gas guide device 14 around the second exhaust gas purification element (not shown).
  • the first partial exhaust gas stream 5 flows through the, arranged next to the second exhaust gas purification element, the second exhaust gas partial flow channel 1 6.
  • the unpurified exhaust gas stream 1 from the internal combustion engine enters via the exhaust flow divider 3 in the exhaust gas purification system.
  • the unpurified exhaust gas stream 1 is divided into a first partial exhaust gas stream 5 and a second partial exhaust gas stream.
  • the purified exhaust gas stream 2 passes out of the exhaust gas purification system through the exhaust gas stream collector 4, in which these two partial exhaust gas streams are recombined.
  • FIG. 2 shows an exhaust gas purification system, as is known from FIG.
  • the upper half of the exhaust system housing 12 is not shown and the exhaust gas guide device 14 is shown semi-transparent, so that now the first emission control element 6 and the second emission control element 1 1 can be seen.
  • the first partial exhaust gas stream 5 is not shown in FIG.
  • the second partial exhaust gas stream 8 is guided past the first exhaust gas partial flow channel 13 arranged next to the first exhaust gas purification element 6 and fed to the second exhaust gas purification element 11 by the exhaust gas guide device 14.
  • the two exhaust gas purification elements 6, 1 1 are arranged geometrically one behind the other and are fluidly flowed through by the two partial exhaust gas streams 5, 8 in parallel.
  • the unpurified waste gas stream 1 enters the exhaust flow divider 3 through the exhaust gas inlet surface 9 and the purified exhaust gas stream 2 leaves the exhaust gas flow collector 4 through the Abgasabströmö réelle 10.
  • the exhaust gas guide means 14 together with the exhaust system housing 12, the exhaust gas outlet surface 7 of the first exhaust gas cleaning element 6 with the Exhaust partial flow channel 1 6, and the exhaust gas inlet surface 15 of the second exhaust gas purification element 1 1 with the first partial exhaust gas flow channel 13th
  • FIG 3 the same exhaust gas cleaning system as shown in Figures 1 and 2, but only the lower half of the exhaust system housing 12 is shown, the upper half of this exhaust system housing and the exhaust guide device 14 are hidden.
  • the projection plane 31 is arranged orthogonal to the longitudinal axis 35.
  • the longitudinal axis 35 is the longitudinal axis of the first exhaust gas purification element 6 and of the second exhaust gas purification element 11. This longitudinal axis 35 has a piercing point 34 in the projection plane 31.
  • the axis 30 extends through the first partial exhaust gas flow channel 13 and through the second partial exhaust gas flow channel 16 is aligned axially parallel to the longitudinal axis 35 but incongruent to this, so that the exhaust gas partial flow channels 13, 1 6 geometric next to the exhaust gas purification elements 6, 1 1 are arranged.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of the exhaust gas purification system.
  • the first exhaust gas purification element 6 is surrounded by the exhaust gas system housing 12. Furthermore, the first partial exhaust gas flow channel 13 is surrounded by this housing 12 and has a first exhaust gas passage surface 20 through which the first partial exhaust gas stream 8 can flow.
  • FIG. 5 shows a sectional illustration in a top view of the exhaust gas purification system in order to explain the paths of the exhaust gas flow through it in greater detail.
  • the unpurified exhaust stream 1 passes through the Exhaust gas inlet opening 9 in the exhaust stream divider 3 and is divided there into the first partial exhaust stream 5 and the second partial exhaust stream 8.
  • the first partial exhaust gas flow 5 first flows through the first exhaust gas purification element 6 and, after it has left it and is cleaned, is conducted through the exhaust gas guide device 14 into the second partial exhaust gas flow channel 16.
  • the second partial exhaust gas flow channel 1 6 has an exhaust gas passage surface 18, which can be flowed through by this partial exhaust gas flow 5 on.
  • the second partial exhaust stream 8 initially enters the first partial exhaust gas flow channel 13, this has a further exhaust gas passage surface 17, which can be flowed through by exhaust gas.
  • the second partial exhaust gas stream 8 is supplied to the second exhaust gas purification element 1 1 and cleaned by this when flowing through.
  • the first and the second partial exhaust gas stream 5, 8 is brought together in the exhaust gas collector 4 and leaves as purified exhaust gas stream 2 through the Abgasabströmö réelle 10, the exhaust gas purification system.

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Abstract

Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten von Abgas durchströmbaren Abgasreinigungselement (6), einem zum ersten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten zweiten von Abgas durchströmbaren Abgasreinigungselement (11), einem zum ersten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten ersten Abgasteilstromkanal (13) und einem zum zweiten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten zweiten Abgasteilstromkanal (16), wobei das zweite Abgasreinigungselement geometrisch hinter dem ersten Abgasreinigungselement angeordnet ist,wobei die senkrechte Projektion einer Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements auf eine Projektionsebene (31), die von einer Längsachse des ersten Abgasreinigungselements orthogonal durchstoßen wird von der senkrechten Projektion einer Gaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements auf diese Projektionsebene wenigstens teilweise überdeckt ist,wobei der erste Abgasteilstromkanal eine erste von Abgas durchströmbare erste Abgasdurchtrittsfläche aufweist und der zweite Abgasteilstromkanal eine zweite von Abgas durchströmbare Abgasdurchtrittsfläche aufweist, wobei diese Abgasdurchtrittsflächen parallel zur Projektionsebene ausgerichtet sind und der erste und der zweite Abgasteilstromkanal geometrisch hintereinander angeordnet sind, und wobei die beiden Abgasteilstromkanäle derart angeordnet sind, dass eine zur Projektionsebene orthogonale Teilstromkanalachse durch die erste und durch die zweite Abgasdurchtrittsfläche tritt.

Description

Abgasreinigungssystem
Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs, derartige Abgasreinigungssysteme sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der DE 103 29 436 A1 bekannt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Abgasreinigungssystems in einem Personenkraftwagen mit Ottomotor beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Ausführungsform zu verstehen.
Bei der Verbrennung von Treibstoff zum Antrieb eines Personenkraftwagens entstehen Abgase, welche bevor sie in die Umwelt gelangen, gereinigt werden. Zur Reinigung der Abgase sind Katalysatoren, in welchen chemische Umwandlungsprozesse ablaufen, und Filtersysteme, in welchen die Partikelanzahl im Abgas verringert wird, bekannt. Beiden Reinigungssystemen ist es gemeinsam, dass deren Wirkung verbessert wird, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Abgas und dem Reinigungssystem vergrößert wird, zu dem ist mit einer großen Kontaktfläche ein geringer Abgasgegendruck erreichbar, welcher sich positiv auf die Effizienz der Verbrennungskraftmaschine auswirkt.
Für mobile Anwendungen wie in Personenkraftwagen ist aber auch immer die Kompaktheit einer Komponente von Bedeutung. Die DE 103 29 436 A1 schlägt zur verbesserten Bauraumnutzung für ein Abgasreinigungssystem in einem Personenkraftwagen vor, zwei Abgasreinigungselemente geometrisch hintereinander anzuordnen und die Abgasführung derart zu gestalten, dass diese Abgasreinigungselemente vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine parallel durchströmbar sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Abgasreinigungssystem anzugeben, welche einen geringen Bauraumbedarf und eine hohe Wirksamkeit aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasreinigungsystem eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen aus einer Verbrennungskraftmaschine, wie diese zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs verwendbar ist. Vorzugsweise ist diese Verbrennungskraftmaschine in hubkolbenbauweise ausgebildet und weiter vorzugsweise ist diese als eine Verbrennungskraftmaschine die nach dem Diesel- oder bevorzugt nach dem Ottoprinzip arbeitet ausgebildet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasreinigungselement eine Einrichtung zu verstehen, die von einem Abgasstrom durchströmbar ist und dabei ist das Abgasreinigungselement beziehungsweise eine Oberfläche des Abgasreinigungselements wenigstens abschnittsweise von diesem Abgasstrom kontaktierbar. Weiter reinigt das Abgasreinigungselement bei diesem Durchströmen das Abgas von bestimmten, insbesondere schädlichen, Inhaltsstoffen oder wandelt diese in unschädliche Inhaltsstoffe um. Weiter ist es durch ein Abgasreinigungselement vorzugsweise ermöglicht, Festkörper, beziehungsweise Partikel, aus dem Abgasstrom zu Filtern. Derartige Abgasreinigungselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere als Bauteile, welche wenigstens abschnittsweise aus keramischen oder metallischen Werkstoffen bestehen oder mit solchen, wenigstens abschnittsweise beschichtet. Insbesondere wird ein solches Abgasreinigungselement als ein Monolith bezeichnet.
Im Sinne der Erfindung ist das Abgasreinigungssystem derart ausgestaltet, dass sich diese wenigstens zwei Teilabgasströme ausbildet, dass also ein von der Verbrennungskraftmaschine dem Abgasreinigungssystem zuführbarer Abgasstrom in zwei, strömungsmäßig parallel strömende Abgasströme aufgeteilt wird und vorzugsweise vor dem Verlassen des Abgasreinigungssystems werden die beiden Teilabgasströme wieder zu einem gemeinsamen Abgasstrom vereinigt. Insbesondere durch diese Aufteilung in Teilabgasströme ist eine Absenkung des Strömungswiderstandes für das Abgasreinigungssystem erreichbar.
In Sinne der Erfindung ist unter der Abgasaustrittsfläche eines Abgasreinigungselements diejenige Fläche dieses Abgasreinigungselements zu verstehen, durch welche der Teilabgasstrom, welcher dieses durchströmt, das Abgasreinigungselement verlässt. Bildlich ist insbesondere bei einem zylinderförmigen Abgasreinigungselement, welches entlang einer Zylinderachse von Abgas durchströmbar ist, die strömungsmäßig hintere Deckfläche des Zylinders als Abgasaustrittsfläche zu verstehen.
Entsprechend ist unter der Abgaseintrittsfläche eines Abgasreinigungselements diejenige Fläche dieses Abgasreinigungselements zu verstehen, durch welche der Teilabgasstrom, welcher dieses durchströmt, in das Abgasreinigungselement eintritt. Bildlich ist insbesondere bei einem zylinderförmigen Abgasreinigungselement, welches entlang einer Zylinderachse von Abgas durchströmbar ist, die strömungsmäßig vordere Deckfläche des Zylinders als Abgaseintrittsfläche zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Abgasteilstromkanal ein Strömungskanal zu verstehen, der strömungsmäßig parallel geschaltet zu einem der Abgasreinigungselemente ist. Insbesondere ist es mit einem solchen Abgasteilstromkanal ermöglicht, dass der von der Verbrennungskraftmaschine abgebbare Abgasstrom innerhalb des Abgsreinigungssystems in einen ersten und einen zweiten Teilabgasstrom aufgeteilt ist, wobei der erste Teilabgasstrom durch das erste Abgasreinigungselement strömt und der zweite Teilabgasstrom durch den ersten Abgasteilstromkanal, entsprechendes gilt für den zweiten Abgasteilstromkanal und das zweite Abgasreinigungselement. Vorzugsweise ist ein solcher Abgasteilstromkanal als eine Rohrleitung ausgebildet. Vorzugsweise ist ein solcher Abgasteilstromkanal innerhalb eines Gehäuses ausgebildet, welches zumindest eines der Abgasreinigungselemente, wenigstens teilweise, umgibt und bevorzugt ist der Abgasteilstromkanal durch dieses Gehäuse zumindest abschnittsweise begrenzt. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung eines der Abgasteilstromkanäle oder beider ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht.
Im Sinne der Erfindung ist unter Projektionsebene eine gedachte Ebne zu verstehen, welche vorzugsweise orthogonal zu der Durchströmungsrichtung wenigstens des ersten oder des zweiten oder beider Abgasreinigungselemente angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist eine Längsachse zumindest eines dieser Abgasreinigungselemente orthogonal zur Projektionsebene, beziehungsweise achsparallel zur Durchströmungsrichtung des Teilabgasstroms durch wenigstens eines der Abgasreinigungselemente ausgerichtet. Weiter vorzugsweise ist zumindest eines der Abgasreinigungselemente rotationssymmetrisch zu der Längsachse dieses Abgasreinigungselements ausgebildet. Weiter vorzugsweise ist die Projektionsebene orthogonal zu der Strömungsrichtung ausgerichtet, welche der Teilabgasstrom unmittelbar beim, beziehungsweise nach dem Austreten aus einem der Abgasreinigungselemente aufweist, vorzugsweise dem ersten Abgasreinigungselement.
Vorzugsweise ist der erste Abgasteilstromkanal geometrisch wenigstens abschnittsweise neben dem ersten Abgasreinigungselement angeordnet und der zweite Abgasteilstromkanal ist geometrisch wenigstens abschnittsweise neben dem zweiten Abgasreinigungselement angeordnet. Weiter vorzugsweise ist jeweils in diesem neben dem Abgasreinigungselement angeordneten Bereich des Abgasteilstromkanals jeweils eine von Abgas durchströmbare Abgasdurchtrittsfläche, welche insbesondere parallel zur Projektionsebene ausgerichtet ist, angeordnet. Im Sinne der Erfindung ist die Abgasdruchtrittsfläche als die von Abgas durchströmbare Querschnittsfläche, insbesondere orthogonal zur Strömungsrichtung des Abgases, zu verstehen.
Vorzugsweise sind der erste und der zweite Abgasteilstromkanal in einem Zwischenraum zwischen einer ersten und einer zweiten gedachten Tangentialebenen angeordnet. Vorzugsweise tangiert die erste Tangentialebne wenigstens eines der Abgasreinigungselemente von einer Seite und die zweite Tangentialebene tangiert dieses Abgasreinigungselement von der gegenüberliegenden Seite. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Tangentialebene parallel zueinander ausgerichtet und orthogonal zu Projektionsebene.
Weiter vorzugsweise durchstößt eine Teilstromkanalachse, diese ist als eine gedachte Gerade aufzufassen, welche orthogonal zur Projektionsebene ausgerichtet ist, sowohl die erste wie auch die zweite Abgasdurchtrittsfläche. Insbesondere mit einer derartigen Ausgestaltung der Abgasteilstromkanäle zueinander und zu den Abgasreinigungselementen ist ein besonders platzsparender Aufbau des Abgasreinigungssystems erreichbar.
Bildlich sind der erste und der zweite Abgasteilstromkanal auf der gleichen Seite der Abgasreinigungselemente angeordnet und dadurch ist ein besonders platzsparender Aufbau erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Abgasreinigungselement und das zweite Abgasreinigungselement, wenigstens im Wesentlichen, den gleichen Strömungswiderstand auf. Weiter vorzugsweise weist die erste Abgasdurchtrittsfläche und die zweite Abgasdurchtrittsfläche, wenigstens im Wesentlichen, den gleichen Flächeninhalt auf. Weiter vorzugsweise sind die erste Abgasdurchtrittsfläche und die zweite Abgasdurchtrittsfläche identisch zueinander. Insbesondere durch eine derartige Ausgestaltung ist ein besonders niedriger Strömungswiderstand für das Abgasreinigungssystem erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist stromabwärts zwischen der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements und der Abgas Eintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements eine Abgasführungseinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist diese Abgasführungseinrichtung dazu eingerichtet, den aus der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements austretenden ersten Teilabgasstrom in den zweiten Abgasteilstromkanal zu leiten. Weiter vorzugsweise ist diese Abgasführungseinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet den durch den ersten Abgasteilstromkanal strömenden zweiten Teilabgasstrom zur Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements zu führen. Weiter vorzugsweise ist die Abgasführungseinrichtung als, insbesondere dünnwandiges, Blechbauteil ausgebildet, wobei auf einer Seite dieses Blechbauteils der erste Teilabgasstrom strömt und auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite der zweite Teilabgasstrom. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere durch eine derartige Abgasführungseinrichtung das Strömungsverhalten geometrisch zwischen dem ersten und dem zweiten Abgasreinigungselement verbesserbar sind.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem ein Abgassystemgehäuse auf. Vorzugsweise umgibt dieses Abgassystemgehäuse das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide wenigstens teilweise oder vorzugsweise vollständig. Vorzugsweise ist die Abgasführungseinrichtung innerhalb dieses Abgassystemgehäuse angeordnet, bevorzugt ist die Abgasführungseinrichtung mit dem Abgassystemgehäuse verbunden, besonders bevorzugt stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise schließt die Abgasführungseinrichtung die Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements zusammen mit dem Abgassystemgehäuse fluiddicht gegenüber der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements ab. Insbesondere durch die Abgasführungseinrichtung ergeben sich damit 2 fluidmäßig bzw. strömungstechnisch voneinander getrennte Pfade durch das Abgasreinigungssystem und dadurch ist insbesondere der Strömungswiderstand absenkbar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abgasführungseinrichtung als ein Blechbiegeteil insbesondere ein dreidimensional geformtes Blechbiegeteil ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide als Abgaspartikelfilter ausgebildet. Insbesondere durch wenigstens einen Abgaspartikelfilter ist die Partikelanzahl innerhalb des von der Verbrennungsmaschine abgegebenen Abgasstroms verringerbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Abgasreinigungselement oder das zweite Abgasreinigungselement oder beide als Abgaskatalysator ausgebildet. Vorzugsweise ist unter einem Abgaskatalysator eine Einrichtung zur Umwandlung insbesondere schädlicher Inhaltsstoffe der Abgase der Verbrennungskraftmaschine in weniger schädliche Stoffe zu verstehen. Derartige Abgaskatalysatoren sind aus dem Stand der Technik insbesondere als Oxidationskatalysatoren bekannt. Weiter vorzugsweise weist eine Ausführungsform des Abgasreinigungssystems wenigstens einen Abgaspartikelfilter und wenigstens einen Abgaskatalysator auf. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem einen Abgasstromsammler auf. Vorzugsweise weist ein derartiger Abgasstromsammler eine Abgasabströmöffnung auf. Dabei ist diese Abgasabströmöffnung insbesondere derart eingerichtet dass durch diese ein Abgasstrom planmäßig aus dem Abgasreinigungssystem ausströmen kann. Weiter vorzugsweise strömt durch diese Abgasabströmöffnung der gesamte dem Abgasreinigungssystem zugeführte Abgasstrom aus diesem ab. Weiter vorzugsweise verbindet der Abgasstromsammler den zweiten Abgasteilstromkanal und eine Abgasaustrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements fluidleitend mit dieser Abgasabströmöffnung.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abgasreinigungssystem einen Abgasstromteiler auf. Vorzugsweise weist der Abgasstromteiler eine Abgaszutrittsöffnung auf. Dabei ist diese Abgaszutrittsöffnung vorzugsweise dazu eingerichtet, dass durch diese ein Abgasstrom, welcher von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird in das Abgasreinigungssystem eintreten kann. Vorzugsweise verbindet dieser Abgasstromteiler den ersten Abgasteilstromkanal und eine Abgaseintrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements fluidleitend mit dieser Abgaszutrittsöffnung.
Vorzugsweise sind der Abgasstromteiler oder der Abgasstromsammler oder beide wenigstens teilweise oder vollständig als Blechbauteil ausgebildet.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind der Abgasstromteiler oder der Abgasstromsammler oder beide dem Abgassystemgehäuse stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise ist eine derartige stoffschlüssige Verbindung durch ein Schweißverfahren herstellbar. Weiter vorzugsweise sind der Abgasstromsammler oder der Abgasstromteiler oder beide einstückig mit dem Abgassystemgehäuse ausgebildet. Insbesondere durch eine stoffschlüssige Verbindung ist so eine fluiddicht Verbindung der Bauteile untereinander herstellbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Abgasteilstromkanal oder der zweite Abgasteilstromkanal oder beide, wenigstens abschnittsweise oder vollständig, von dem Abgassystemgehäuse und von der Abgasführungseinrichtung begrenzt. Weiter vorzugsweise liegt eine derartige Begrenzung insbesondere in dem Bereich eines der Abgasteilstromkanäle vor in welchem diese neben, bzw. parallel, zu einem der Abgasreinigungselemente angeordnet sind.
Einzelne Merkmale der Erfindung sind in den teilweise schematisierten Figuren dargestellt und nachfolgend näher erläutert, dabei zeigt:
Fig. 1 , eine perspektivische Schnittdarstellung eines
Abgasreinigungssystems in dem der Wege eines ersten
Teilabgasstroms eingezeichnet ist,
Fig. 2, eine perspektivische Schnittdarstellung eines
Abgasreinigungssystems in dem der Wege eines zweiten Teilabgasstroms eingezeichnet ist,
Fig. 3, eine perspektivische Schnittdarstellung eines
Abgasreinigungssystems ohne eine Abgasführungseinrichtung,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung in der Projektionsebene,
Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung in der Draufsicht.
In Figur 1 ist ein Abgasreinigungssystem dargestellt, dabei tritt ein Abgasstrom 1 von einer Verbrennungskraftmaschine in diese ein und verlässt als gereinigter Abgasstrom 2 das Abgasreinigungssystem. Die obere Hälfte des Abgassystemgehäuses 12 ist in halb transparenter Weise dargestellt und gibt so den Blick auf das erste Abgasreinigungselement 6 frei. Durch das erste Abgasreinigungselement 6 strömt der erste Teilabgasstrom 5. Dieser Teilabgasstrom 5 wird durch die Abgasführungseinrichtung 14 um das zweite Abgasreinigungselement (nicht dargestellt) herum geleitet. Dabei strömt der erste Teilabgasstrom 5 durch den, neben dem zweiten Abgasreinigungselement angeordneten, zweiten Abgasteilstromkanal 1 6. Der ungereinigte Abgasstrom 1 von der Verbrennungskraftmaschine tritt über den Abgasstromteiler 3 in das Abgasreinigungssystem ein. Im Abgasstromteiler 3 wird der ungereinigte Abgasstrom 1 in einen ersten Teilabgasstrom 5 und in einen zweiten Teilabgasstrom aufgeteilt. Der gereinigte Abgasstrom 2 tritt durch den Abgasstromsammler 4, in welchem diese beiden Teilabgasströme wieder zusammengeführt werden, aus dem Abgasreinigungssystem aus.
In Figur 2 ist ein Abgasreinigungssystem, wie dieses aus Figur 1 bekannt ist, dargestellt. Dabei ist die obere Hälfte Abgassystemgehäuse 12 nicht dargestellt und die Abgasführungseinrichtung 14 ist halbtransparent dargestellt, so dass nun das erste Abgasreinigungselement 6 und das zweite Abgasreinigungselement 1 1 erkennbar sind. Der übersichtshalber ist der erste Teilabgasstrom 5 in Figur 2 nicht dargestellt. Der zweite Teilabgasstrom 8, wird durch den neben dem ersten Abgasreinigungselement 6 angeordneten ersten Abgasteilstromkanal 13 an diesem vorbeigeführt und durch die Abgasführungseinrichtung 14 dem zweiten Abgasreinigungselement 1 1 zugeleitet. Dabei sind die beiden Abgasreinigungselemente 6, 1 1 geometrisch hintereinander angeordnet und werden strömungstechnisch durch die beiden Teilabgasströme 5, 8 parallel durchströmt.
Der ungereinigte Abgasstrom 1 tritt in den Abgasstromteiler 3 durch die Abgaszutrittsfläche 9 ein und der gereinigte Abgasstrom 2 verlässt den Abgasstromsammler 4 durch die Abgasabströmöffnung 10. Damit verbindet die Abgasführungseinrichtung 14 zusammen mit dem Abgassystemgehäuse 12 die Abgasaustrittsfläche 7 des ersten Abgasreinigungselements 6 mit dem Abgasteilstromkanal 1 6, sowie die Abgaseintrittsfläche 15 des zweiten Abgasreinigungselements 1 1 mit dem ersten Abgasteilstromkanal 13.
In Figur 3 ist das gleiche Abgasreinigungssystem wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, jedoch ist nur die untere Hälfte des Abgassystemgehäuses 12 dargestellt, die obere Hälfte dieses Abgassystemgehäuse und die Abgasführungseinrichtung 14 sind ausgeblendet. Die Projektionsebene 31 ist orthogonal zu der Längsachse 35 angeordnet. Dabei ist die Längsachse 35 die Längsachse des ersten Abgasreinigungselements 6 und des zweiten Abgasreinigungselements 1 1 . Diese Längsachse 35 weist einen Durchstoßpunkt 34 in der Projektionsebene 31 auf. Die Achse 30 verläuft durch den ersten Abgasteilstromkanal 13 und durch den zweiten Abgasteilstromkanal 16 ist achsparallel zur Längsachse 35 aber inkongruent zu dieser ausgerichtet, sodass die Abgasteilstromkanäle 13, 1 6 geometrisch neben den Abgasreinigungselementen 6, 1 1 angeordnet sind.
In Figur 4 ist eine Querschnittsansicht des Abgasreinigungssystems dargestellt. Das erste Abgasreinigungselement 6 ist dabei vom Abgassystemgehäuse 12 umgeben. Weiter ist der erste Abgasteilstromkanal 13 von diesem Gehäuse 12 umgeben und weist eine erste Abgasdurchtrittsfläche 20 auf, welche von dem ersten Teilabgasstrom 8 durchströmbar ist. Tangential an das erste Abgasreinigungselement 6 ist die erste Tangentialebne 33 und die zweite Tangentialebene 32 angeordnet. Diesen beiden Tangentialebenen 33, 32 sind parallel zueinander ausgerichtet und orthogonal zur Projektionsebene 31 (= Darstellungsebenen). Weiter ist sowohl der erste Abgasteilstromkanal 8 und der zweite Abgasteilstromkanal (nicht dargestellt) innerhalb des Zwischenraums zwischen diesen Tangentialebenen angeordnet.
In Figur 5 ist eine Schnittdarstellung in Draufsicht des Abgasreinigungssystems dargestellt, um die Wege des Abgasstroms durch diese näher zu erläutern. Der ungereinigte Abgasstrom 1 tritt durch die Abgaszutrittsöffnung 9 in den Abgasstromteiler 3 ein und wird dort in den ersten Teilabgasstrom 5 und den zweiten Teilabgasstrom 8 aufgeteilt.
Der erste Teilabgasstrom 5 durchströmt zunächst das erste Abgasreinigungselement 6 und wird nachdem er dieses verlassen hat und gereinigt ist, durch die Abgasführungseinrichtung 14 in den zweiten Abgasteilstromkanal 16 geleitet. Der zweite Abgasteilstromkanal 1 6 weist eine Abgasdurchtrittsfläche 18, welche von diesem Teilabgasstrom 5 durchströmbar ist, auf.
Der zweite Teilabgasstrom 8 tritt zunächst in den ersten Abgasteilstromkanal 13 ein, dieser weist eine weitere Abgasdurchtrittsfläche 17 auf, welche von Abgas durchströmbar ist. Durch die Abgasführungseinrichtung 14 wird der zweite Teilabgasstrom 8 dem zweiten Abgasreinigungselement 1 1 zugeführt und durch dieses beim Durchströmen gereinigt.
Nach dem Austreten aus dem zweiten Abgasreinigungselement 1 1 , wird der erste und der zweite Teilabgasstrom 5, 8 im Abgasstromsammler 4 zusammengeführt und verlässt als gereinigter Abgasstrom 2 durch die Abgasabströmöffnung 10 das Abgasreinigungssystem.

Claims

Patentansprüche Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit
- einem ersten von Abgas durchströmbaren Abgasreinigungselement,
- einem zum ersten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten zweiten von Abgas durchströmbaren
Abgasreinigungselement,
- einem zum ersten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten ersten Abgasteilstromkanal und
- einem zum zweiten Abgasreinigungselement strömungsmäßig parallel geschalteten zweiten Abgasteilstromkanal,
wobei das zweite Abgasreinigungselement geometrisch hinter dem ersten Abgasreinigungselement angeordnet ist,
wobei die senkrechte Projektion einer Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements auf eine Projektionsebene, die von einer Längsachse des ersten Abgasreinigungselements orthogonal durchstoßen wird von der senkrechten Projektion einer
Gaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements auf diese Projektionsebene wenigstens teilweise überdeckt ist,
wobei der erste Abgasteilstromkanal eine erste von Abgas
durchströmbare erste Abgasdurchtrittsfläche aufweist und der zweite Abgasteilstromkanal eine zweite von Abgas durchströmbare
Abgasdurchtrittsfläche aufweist, wobei diese Abgasdurchtrittsflächen parallel zur Projektionsebene ausgerichtet sind und der erste und der zweite Abgasteilstromkanal geometrisch hintereinander angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Abgasteilstromkanäle derart angeordnet sind, dass eine zur Projektionsebene orthogonale Teilstromkanalachse durch die erste und durch die zweite Abgasdurchtrittsfläche tritt.
2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Abgasreinigungselement und das zweite
Abgasreinigungselement, wenigstens im Wesentlichen den gleichen Strömungswiderstand aufweisen und
dass die erste und die zweite Abgasdurchtrittsfläche, wenigstens im Wesentlichen, den gleichen Flächeninhalt aufweisen.
3. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
stromabwärts zwischen der Abgasaustrittsfläche des ersten
Abgasreinigungselement und der Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements eine Abgasführungseinrichtung angeordnet ist,
dass die Abgasführungseinrichtung dazu eingerichtet ist den aus der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements
austretende Abgasstrom in den zweiten Abgasteilstromkanal zu führen und
den durch den ersten Abgasteilstromkanal strömenden Abgasstrom zur Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements zu führen.
4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungseinrichtung die Abgaseintrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements und ein das erste und das zweite Abgasreinigungselement, wenigstens teilweise umgebendes
Abgassystemgehäuse fluiddicht gegenüber der Abgasaustrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements abschließt.
5. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasführungseinrichtung als Blechbiegeteil ausgebildet ist.
6. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Abgasreinigungselement oder das zweite
Abgasreinigungselement oder beide als Abgaspartikelfilter ausgebildet sind.
7. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Abgasreinigungselement oder das zweite
Abgasreinigungselement oder beide als Abgaskatalysator ausgebildet sind.
8. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Abgasreinigungssystem einen Abgasstromsammler aufweist, dass der Abgasstromsammler eine Abgasabströmöffnung aufweist, durch welche ein Abgasstrom aus dem Abgasreinigungssystem ausströmen kann,
dass der Abgasstromsammler den zweiten Abgasteilstromkanal und, eine Abgasaustrittsfläche des zweiten Abgasreinigungselements fluidleitend mit der Abgasabströmöffnung verbindet.
9. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
dieses einen Abgasstromteiler aufweist, dass der Abgasstromteiler eine Abgaszutrittsöffnung aufweist, durch welche ein Abgasstrom in das Abgasreinigungssystem eintreten kann,
dass der Abgasstromteiler den ersten Abgasteilstromkanal und, eine Abgaseintrittsfläche des ersten Abgasreinigungselements fluidleitend mit der Abgaszutrittsöffnung verbindet.
10. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der Abgasstromsammler oder der Abgasstromteiler oder beide als Bleichbauteil ausgebildet sind.
1 1 . Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der Abgasstromteiler oder der Abgasstromsammler oder beiden mit dem Abgassystemgehäuse stoffschlüssig verbunden sind.
12. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
der ersten Abgasteilstromkanal oder der zweite Abgasteilstromkanal oder beide wenigstens abschnittsweise oder vollständig von dem Abgassystemgehäuse und von der Abgasführungseinrichtung begrenzt sind.
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