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DE102007011184A1 - Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas, Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak, System zur Abgaskühlung, Verfahren zur Rückführung von Abgas und zur Stickoxidreduzierung - Google Patents

Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas, Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak, System zur Abgaskühlung, Verfahren zur Rückführung von Abgas und zur Stickoxidreduzierung Download PDF

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DE102007011184A1
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DE
Germany
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exhaust gas
heat exchanger
reactor
urea
ammonia
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102007011184A
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English (en)
Inventor
Peter Dr. Geskes
Ulrich Dr.-Ing. Maucher
Eberhard Dr.-Ing. Pantow
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zur Rückführung von Abgas zum Verbrennu (2) zur Durchströmung mit zumindest einem ersten Fluid zur Kühlung, mit zumindest einem zweiten Strömungskanal (3) zur Durchströmung mit einem zweiten zu kühlenden Fluid, mit zumindest einem Gehäuse (4) zur Aufnahme des zumindest einen ersten Strömungskanals (2) und des zumindest einen zweiten Strömungkanals (3), wobei das Gehäuse (4) zumindest einen Einströmabschnitt (5) zur Einströmung des zweiten Fluids in den Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) und zumindest einen Ausströmabschnitt (6) zum Ausströmen des zweiten Fluids (3) aus dem Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) aufweist, wobei der Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) zumindest eine Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zur Rückführung von Abgas zum Verbrennungsmotor.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak, insbesondere eines Wärmetauschers zur Kühlung von Abgas.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Abgaskühlung von rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des NOx-Anteils von an die Umgebung abgeführtem Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Rückführung von Abgas zu einem Verbrennungsmotor und zur Stickoxidreduzierung von an die Umgebung abgegebenen Abgases.
  • Um die Emissionsvorschriften von Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Dieselmotoren oder Ottomotoren zu erfüllen, gibt es verschiedene Möglichkeiten.
  • Zum einen ist die Abgasrückführung bekannt, bei der ein Teil des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases ggf. gekühlt und dem Motor wieder zugeführt wird.
  • Darüber hinaus ist die selektive katalytische Reduktion (Selectiv Catalytic Reduction, SCR) bekannt. Dabei erfolgt eine katalytische Stickoxidreduzierung mit Hilfe eines Reduktionsmittels. Üblicherweise handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um eine flüssige Harnstofflösung, aus der Ammoniak erzeugt wird.
  • Bei den Systemen zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-System) sind zwei Verfahren bekannt:
    Zum einen wird wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang vor einem Katalysator eingespritzt. Oberhalb von Temperaturen über 200°C reagiert diese Harnstofflösung im Abgas in einer Hydrolysereaktion zu Ammoniak. Das Ammoniak wird für die Reduktion des NOx in einem SCR-Katalysator benötigt.
  • Bei Temperaturen von ca. unter 200°C entstehen unerwünschte Nebenprodukte, die beispielsweise feste Ablagerungen bilden, so dass in dem Temperaturbereich unterhalb von 200°C keine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang eingebracht werden kann, da dies beispielsweise zu unerwünschten Geruchsbelästigungen führt.
  • Neben der flüssigen Zuführung von Harnstofflösung in den Abgasstrang ist darüber hinaus bekannt, Ammoniak in gasförmiger Form dem Abgasstrang zuzuführen. Das gasförmige Ammoniak wird aus einer wässrigen Harnstofflösung gewonnen. Bei der Zuführung von gasförmigem Ammoniak in den Abgasstrang werden unerwünschte Ablagerungen, die sich im Abgasstrang bilden können, vermieden.
  • Aus der WO 2006/087555 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung und zum Zuführen von gasförmigem Ammoniak in einen Abgasstrang bekannt. Der Reaktor zur Erzeugung des gasförmigen Ammoniaks ist dabei zumindest abschnittsweise in der Abgasleitung zur Abführung des Abgases an die Umgebung angeordnet. Darüber hinaus kann eine Zuheizung mittels zusätzlicher Heizelemente erfolgen.
  • Aus der WO 2006/087553 ist eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung eines ammoniakhaltigen Gases bekannt, zum Einsatz für die selektive katalytische Reduktion von NOx eines Abgases eines Verbrennungsmotors. Insbesondere werden in der WO 2006/087553 Mittel zum Beheizen eines Reservoirs offenbart, so dass beim Kaltstart eines Verbrennungsmotors durch die Beheizung des Reservoirs Kondensat in ammoniakenthaltendes Gas umgewandelt wird.
  • Aus der WO 2006/087541 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Ammoniak durch Hydrolyse einer wässrigen Harnstofflösung bekannt. Dabei sind in der Vorrichtung Regelungsmittel zur Regelung der Pumpe in Abhängigkeit des wechselnden NOx-Ausstoßes eines Verbrennungsmotors bekannt, in der Art, dass die Regelungselemente die Pumpe derart regelt, dass der Pegel von Harnstofflösung im Reaktor erhöht wird, wobei die Oberfläche, die zum Wärmeaustausch mit der Harnstofflösung zur Verfügung steht, erhöht wird.
  • Aus der WO 2006/087551 ist ein Thermohydrolysereaktor zur Erzeugung von Ammoniakgas durch Erhitzen einer flüssigen Harnstofflösung bekannt. Der Reaktor weist einen länglichen Behälter mit einem rohrförmigen mittleren Bereich und erweiterten Randbereichen auf.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Emissionsgehalt von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, weiter zu senken und den Bauraum, der zur Behandlung des Abgases notwendig ist, zu minimieren.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Es wird ein Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zur Rückführung von Abgas zum Verbrennungsmotor gemäß dem Anspruch 1 vorgeschlagen.
  • Der Wärmetauscher weist zumindest einen ersten Strömungskanal zur Durchströmung mit zumindest einem ersten Fluid zur Kühlung, zumindest einen zweiten Strömungskanal zur Durchströmung mit einem zweiten zu kühlenden Fluid sowie zumindest ein Gehäuse zur Aufnahme des zumindest einen ersten Strömungskanals und des zumindest einen zweiten Strömungskanals auf, wobei das Gehäuse zumindest einen Einströmabschnitt zur Einströmung des zweiten Fluids in den Wärmetauscher und zumindest einen Ausströmabschnitt zum Ausströmen des zweiten Fluids aus dem Wärmetauscher aufweist. Der Wärmetauscher weist zumindest eine Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas auf.
  • Der Wärmetauscher ist insbesondere ein Abgaskühler. Ferner kann der Wärmetauscher auch ein Ladeluftkühler zur Kühlung von Ladeluft, ein Kühlmittelkühler zur Kühlung von Kühlmittel für einen Verbrennungsmotor, ein Ölkühler zur Kühlung von Getriebeöl oder ein Kondensator für eine Klimaanlage bzw. ein Gaskühler für eine Klimaanlage sein.
  • Zumindest ein erster Strömungskanal, insbesondere erste Strömungskanäle, werden dabei bzw. können mit einem ersten Fluid zur Kühlung, insbesondere mit einem Kühlmittel, durchströmt werden. Zumindest ein zweiter Strömungskanal, insbesondere zweite Strömungskanäle, können bzw. werden mit einem zweiten zu kühlenden Fluid, insbesondere Abgas eines Verbrennungsmotors oder Ladeluft für einen Verbrennungsmotor oder Öl für ein Getriebe oder Kältemittel eines Klimakreislaufes durchströmt.
  • Zumindest ein Gehäuse dient dabei zur Aufnahme des zumindest einen ersten Strömungskanals, insbesondere der ersten Strömungskanäle, und des zumindest einen zweiten Strömungskanals, insbesondere der zweiten Strömungskanäle. Das Gehäuse weist dabei zumindest einen Einströmabschnitt zur Einströmung des zweiten Fluids, insbesondere des Abgases oder der Ladeluft oder der anderen weiter oben beschriebenen Fluide auf.
  • Unter „Einströmabschnitt" ist insbesondere ein Abschnitt bzw. Bereich des Wärmetauschers zu verstehen, der in Einströmungsrichtung in den zumindest einen zweiten Strömungskanal gesehen, zuströmseitig des zumindest einen zweiten Strömungskanals angeordnet ist.
  • Aus einem Ausströmabschnitt strömt zweites Fluid, insbesondere Abgas oder Ladeluft oder eines der anderen weiter oben erwähnten Fluide, aus dem Wärmetauscher, insbesondere dem Abgaswärmetauscher, aus. Unter „Ausströmabschnitt" ist insbesondere ein Abschnitt des Gehäuses zu verstehen, der bezüglich einer Ausströmrichtung des zweiten Fluids aus dem zumindest einen zweiten Strömungskanal gesehen, abströmseitig des zumindest einen zweiten Strömungskanals angeordnet ist.
  • Der Wärmetauscher weist zumindest eine Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas auf. Die Vorrichtung ist dabei insbesondere ein Behälter wie beispielsweise ein Reaktor, in dem vorzugsweise durch Wärmeübertragung zwischen einem zweiten Fluid, wie beispielsweise Abgas oder Ladeluft, auf flüssige Harnstofflösung insbesondere Ammoniakgas, gebildet wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zumindest eine Vorrichtung, insbesondere der Reaktorbehälter, zumindest abschnittsweise oder vollständig in dem Einströmabschnitt und/oder in dem Ausströmabschnitt angeordnet. Auf diese Weise kann die Vorrichtung, insbesondere der Reaktorbehälter, besonders vorteilhaft in den Wärmetauscher integriert werden und auf diese Weise Bauraum eingespart werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Einströmabschnitt ein Eintrittsdiffusor und/oder der Ausströmabschnitt eine Austrittsdüse. Auf diese Weise kann zweites Fluid besonders vorteilhaft aus der Abgasrückführleitung besonders turbulenzarm in den Wärmetauscher einströmen und anschließend wieder in die Abgasrückführleitung aus dem Wärmetauscher ausströmen.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Wärmetauscher dadurch gekennzeichnet, dass ein trennwandartiges Element den Einströmabschnitt in einen ersten Einströmabschnittteilraum und zumindest einen weiteren zweiten Einströmabschnittteilraum und/oder den Ausströmteilabschnitt in einen ersten Ausströmabschnittteilraum und zumindest einen weiteren zweiten Ausströmabschnittraum aufteilt. Insbesondere ist das trennwandartige Element eine Trennwand.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmetauscher, insbesondere im Einströmabschnitt und/oder im Ausströmabschnitt, zumindest ein Regelorgan auf zum wahlweisen Bypassen, insbesondere Umgehen von zweitem Medium, insbesondere Abgas zur Umgehung der Vorrichtung, insbesondere des Reaktorbehälters und/oder zur Regelung der Abgasmenge. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft zweites Medium vollständig oder teilweise durch den ersten Einströmabschnittteilraum oder durch den zweiten Einströmabschnittteilraum geleitet werden. Ferner kann besonders vorteilhaft das zweite Fluid, insbesondere das Abgas, durch den Wärmetauscher geleitet und/oder um den Wärmetauscher herumgeleitet werden, ohne dass insbesondere Abgas gekühlt wird. Ferner kann die Vorrichtung, insbesondere der Reaktorbehälter, besonders vorteilhaft mit heißem Abgas beaufschlagt werden und/oder Abgas kann besonders vorteilhaft um die Vorrichtung herumgeleitet werden, so dass die Vorrichtung nicht mit heißem Abgas beaufschlagt wird.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Regelorgan ein Bypassventil, insbesondere eine Bypassklappe und/oder ein Abgasrückführventil zur Regelung der Abgasrückführrate. Dabei kann besonders vorteilhaft Abgas ungekühlt um den Wärmetauscher herumgeleitet werden und/oder gekühlt durch den Wärmetauscher hindurchgeleitet werden. Ferner kann besonders vorteilhaft Abgas um die Vorrichtung, insbesondere den Reaktorbehälter, herumgeleitet werden, so dass ein geringerer oder kein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Reaktorbehälter erfolgt. Besonders vorteilhaft können so mehrere Funktionen in einem Regelorgan realisiert werden und Bauraum bzw. Kosten besonders vorteilhaft eingespart werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Regelorgan, insbesondere das Bypassventil, die Bypassklappe bzw. das Abgasrückführventil bzw. das Kombiventil, welches besonders vorteilhaft die Funktion des Bypassventils und des Abgasrückführventils aufweist, zuströmseitig in Strömungsrichtung des zweiten Fluids, insbesondere des Abgases gesehen, vor dem trennwandartigen Element, insbesondere der Trennwand, angeordnet ist.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass das Regelorgan abströmseitig des trennwandartigen Elements angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung erste Rippenelemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen zweitem Medium, insbesondere Abgas, und der Vorrichtung, insbesondere des Reaktorbehälters, auf, wobei die ersten Rippenelemente zumindest abschnittsweise in dem Einströmabschnitt und/oder in dem Ausströmabschnitt, insbesondere des Wärmeübertragers, angeordnet sind. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft Wärme von dem zweiten Fluid, insbesondere dem Abgas, an die Vorrichtung, insbesondere den Reaktorbehälter, übertragen werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bilden der Eintrittsdiffusor und die ersten Rippenelemente und/oder der Austrittsdiffusor und die ersten Rippenelemente eine Baueinheit. Auf diese Weise können Eintrittsdiffusor und Rippenelement besonders vorteilhaft in einem Produktionsschritt beispielsweise mittels eines Produktionsverfahrens hergestellt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die zweiten Strömungskanäle Rohre, insbesondere im Wesentlichen rechteckförmige Flachrohre. insbesondere weisen die Rohre wie beispielsweise die Flachrohre turbulenzerzeugende Elemente auf und sind in einem Rohrboden zumindest abschnittsweise aufgenommen. Die turbulenzerzeugenden Elemente wie beispielsweise Winglets oder andere Ausprägungen und Noppen verbessern in besonders vorteilhafter Weise die Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid, ins besondere dem Abgas, und dem ersten Fluid, insbesondere dem Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser oder einer anderen Kühlflüssigkeit.
  • In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind die zweiten Strömungskanäle durch übereinander gestapelte Scheibenelemente gebildet, die insbesondere turbulenzerzeugende Elemente aufweisen. Auf diese Weise können die Strömungskanäle besonders vorteilhaft und einfach mittels eines umformenden Fertigungsverfahrens wie beispielsweise Stanzen oder Prägen oder Pressen hergestellt werden und so die Fertigungskosten besonders vorteilhaft gesenkt werden. Durch die turbulenzerzeugenden Elemente, die beispielsweise in die zweiten Strömungskanäle eingelegt bzw. bereits in den Scheibenelementen eingebracht sein können, wird die Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Fluid, insbesondere dem Abgas oder der Ladeluft, und dem ersten Fluid, beispielsweise dem Kühlmittel, wie einer wasserhaltigen Kühlflüssigkeit, besonders vorteilhaft verbessert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung bilden der Wärmetauscher, insbesondere der Abgaswärmetauscher, und zumindest ein weiterer mit dem ersten Medium durchströmbarer zweiter Wärmetauscher zur Vorwärmung von Harnstofflösung, insbesondere ein Heizelement, zur Vorwärmung der Harnstofflösung für die Vorrichtung, insbesondere dem Reaktorbehälter, eine Baueinheit. Insbesondere ist der zweite Wärmetauscher, der Harnstoffheizer, in einer Strömungsrichtung des ersten Fluids gesehen, zuströmseitig des Wärmetauschers, insbesondere des Abgaskühlers, angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist ferner eine Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas, insbesondere eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 12 vorgesehen.
  • Die Vorrichtung weist zumindest eine Verteilkammer zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme von flüssiger Harnstofflösung auf. Ferner ist zumindest eine Anzahl von dritten Strömungskanälen, insbesondere rohrartigen Elementen, zur Durchströmung mit flüssiger Harnstofflösung und/oder zur Durchströmung mit zumindest Ammoniakgas vorgesehen, wobei zumindest einer der dritten Strömungskanäle, insbesondere der rohrartigen Ele mente, in die Verteilkammer mündet. Die dritten Strömungskanäle sind zumindest abschnittsweise mit rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotor beaufschlagbar bzw. werden damit beaufschlagt bzw. sind damit beaufschlagt.
  • Die dritten Strömungskanäle weisen im Wesentlichen einen Winkel α mit einer Abgasströmungsrichtung von rückgeführtem Abgas auf, wobei der Winkel α Werte von 0° bis 90°, insbesondere 60° bis 90°, annimmt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Vorrichtung zumindest eine Sammelkammer zum Sammeln von zumindest Ammoniakgas auf, wobei zumindest ein dritter Strömungskanal, insbesondere dritte Strömungskanäle wie beispielsweise Rohre, in die Sammelkammer mündet. Auf diese Weise kann das erzeugte Ammoniakgas besonders vorteilhaft in der Sammelkammer gesammelt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung sind die dritten Strömungskanäle rohrartig ausgebildet und weisen zumindest eine Rohrwand auf, die einen Strömungsraum umschließt zur Aufnahme von flüssiger Harnstofflösung und/oder von Ammoniakgas, wobei in dem Strömungsraum zumindest abschnittsweise zumindest ein zweites Rippenelement zur Wärmeübertragung zwischen Abgas und Harnstofflösung angeordnet ist.
  • In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Rohrwand einteilig mit dem zumindest einen zweiten Rippenelement ausgebildet. Auf diese Weise können zusätzliche Fertigungsschritte wie beispielsweise das Verbinden der Rippenelemente der Rohrwand entfallen. Besonders vorteilhaft kann die Rohrwand und das Rippenelement in einem einzigen Fertigungsprozess hergestellt werden und auf diese Weise die Herstellungskosten besonders vorteilhaft gesenkt werden.
  • Ferner kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das zumindest eine zweite Rippenelement als Rippenkanal ausgebildet ist.
  • Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine Wärmeübertragung zwischen dem in dem Rippenkanal strömenden Ammoniakgas und/oder der flüssigen Harnstofflösung die Wärmeübertragung verbessert werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Rippenkanal schraubenförmig in einer Rohrlängsrichtung ausgebildet und weist eine Ganglänge in einer Rohrlängsrichtung auf. Auf diese Weise ist bei steigendem bzw. fallendem Flüssigkeitspegel einer flüssigen Harnstofflösung der Zusammenhang zwischen der mit der Lösung beaufschlagten Fläche über die Höhe im Wesentlichen linear.
  • Erfindungsgemäß ist ferner ein System zur Abgaskühlung von rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des NOx-Anteils von an die Umgebung abgeführtem Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das System weist zumindest einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs auf. Zumindest eine Abgasleitung ist mit dem Verbrennungsmotor strömungsmäßig verbunden, wobei die Abgasleitung zur Abführung von Abgas des Verbrennungsmotors an die Umgebung dient. Zumindest eine Ansaugluftleitung, die strömungsmäßig mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist zur Zuführung von Luft aus der Umgebung zum Verbrennungsmotor. Eine Abgasrückführleitung zur Rückführung von Abgas gekühlt und/oder ungekühlt zum Verbrennungsmotor, wobei die Abgasrückführleitung aus der Abgasleitung abzweigt und in die Ansaugleitung mündet. Zumindest ein Wärmetauscher, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zur Kühlung von rückgeführtem Abgas, ist in der Abgasrückführleitung angeordnet. In der Abgasrückführleitung ist eine Vorrichtung, insbesondere ein Reaktor, zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System zumindest einen Harnstofftank zur Bevorratung von flüssiger Harnstofflösung auf sowie eine Harnstoffleitung zur Beströmung der Vorrichtung, insbesondere des Reaktors mit flüssigem Harnstoff vom Harnstofftank, wobei in der Harnstoffleitung eine Harnstoffpumpe angeordnet ist zum Pumpen des Harnstoffs in die Vorrichtung, insbesondere den Reaktor. Auf diese Weise kann Harnstoff besonders vorteilhaft von der Pumpe in den Reaktor gepumpt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung umgeht eine Harnstoffbypassleitung die Harnstoffpumpe, wobei in der Harnstoffbypassleitung zumindest ein Heizelement zum Beheizen der Harnstofflösung und zumindest ein erstes Überdruckventil angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Harnstoff mit dem Heizelement, insbesondere einem elektrischen oder durch andere Energiequellen angetriebenen Heizelement, ausschließlich oder zusätzlich zur Beheizung mit dem Abgas beheizt werden und so besonders vorteilhaft Ammoniakgas erzeugt werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zweigt die Harnstoffbypassleitung an einer Abzweigstelle aus der Harnstoffleitung ab, wobei zustromseitig der Abzweigstelle ein Harnstoffregelventil angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Harnstofflösung besonders vorteilhaft durch die Harnstoffbypassleitung und/oder die Harnstoffleitung geleitet werden, wobei in der Harnstoffbypassleitung besonders vorteilhaft ein Erhitzen des Harnstoffs erfolgt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System eine Ableitung mit einer Einmündungsstelle auf zur Beströmung der Abgasleitung aus der Vorrichtung, insbesondere dem Reaktor, zumindest mit Ammoniakgas oder Ammoniakwasser. Unter Ableitung ist dabei insbesondere eine Leitung zu verstehen, die Medium wie beispielsweise zumindest Ammoniakgas oder Ammoniakwasser leitet bzw. durch die zumindest Ammoniakgas oder Ammoniakwasser strömt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in der Ableitung zumindest ein Druckregelventil zur Regelung des Drucks in der Vorrichtung, insbesondere dem Reaktor, vorgesehen und/oder zumindest ein Drosselventil zur Eindosierung zumindest von Ammoniakgas und/oder Ammoniakwasser in die Abgasleitung angeordnet, wobei die Ableitung in die Abgasleitung mündet. Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft der Druck in der Vorrichtung, insbesondere dem Reaktorbehälter, geregelt werden in Abhängigkeit des erforderlichen Ammoniakgasbedarfs zur Reduzierung des NOx-Gehalts. Das Drosselventil leitet gemäß dem Bedarf und der Bedarfsmenge Ammoniakgas und/oder Ammoniakwasser in das Abgas ein.
  • In besonders vorteilhafter Weise ist das Druckregelventil abströmseitig der Vorrichtung, insbesondere des Reaktors, und/oder zustromseitig des Drosselventils in der Ableitung angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Speicherbehälter, insbesondere ein beheizbarer Speicherbehälter, zum Speichern von zumindest Ammoniakgas in der Ableitung angeordnet. Auf diese Weise kann Ammoniakgas bzw. Ammoniakwasser besonders vorteilhaft in dem Speicherbehälter gespeichert werden und steht insbesondere beispielsweise in der Kaltstartphase des Motors eines Kraftfahrzeugs relativ schnell zur Verfügung.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Speicherbehälter abströmseitig des Druckregelventils und zustromseitig des Drosselventils angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ableitung zumindest abschnittsweise als Speicherbehälter ausgebildet. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Speicherbehälter besonders vorteilhaft eingespart werden, wodurch Bauraum eingespart werden kann. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Ableitung zumindest abschnittsweise, insbesondere in einen Speicherbereichsabschnitt, mit Isoliermaterial, insbesondere zur Wärmeisolierung, umgeben. Auf diese Weise wird ein Kondensieren von Ammoniakgas besonders vorteilhaft verhindert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung verläuft die Ableitung vor einer Einmündung zum Einmünden von Ammoniakgas oder Ammoniakwasser in die Abgasleitung zumindest abschnittsweise in die Abgasleitung. Auf diese Weise wird die Ableitung besonders vorteilhaft von Abgas beheizt und auf diese Weise besonders vorteilhaft ein Kondensieren von Ammoniakgas verhindert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System zumindest einen Oxidationskatalysator und/oder zumindest einen Partikelfilter, insbesondere einen Dieselpartikelfilter auf. Insbesondere ist der Dieselpartikelfilter abströmseitig des Oxidationskatalysators angeordnet. Auf diese Weise können Dieselpartikel besonders vorteilhaft gefiltert und das Abgas in dem Oxidationskatalysator derart voroxidiert werden, dass die anschließende selektive katalytische Reduktion im SCR-Katalysator besonders vorteilhaft erfolgen kann.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System zumindest einen SCR-Katalysator zur Verringerung des NOx-Anteils im Abgas auf. Zumindest ein Sperrkatalysator zur Verringerung des Austretens von Ammoniak an die Umgebung ist insbesondere abströmseitig des SCR-Katalysators angeordnet. Auf diese Weise kann der NOx-Anteil im Abgas besonders vorteilhaft durch die Reaktion des Ammoniakgases mit dem entsprechenden Katalysatormaterial des SCR-Katalysators reagieren und pro x-Anteil im Abgas besonders vorteilhaft verringert werden. Der Sperrkatalysator verhindert, dass Ammoniak in die Umgebung austritt und so beispielsweise zu Geruchsbelästigung führt.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Systems ist die Einmündungsstelle abströmseitig des Dieselpartikelfilters und/oder zustromseitig des SCR-Katalysators angeordnet.
  • Auf diese Weise wird das Ammoniakgas erst kurz vor dem ersten SCR-Katalysator in das Abgas eingeleitet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System eine Anbaueinheit auf, die an der Abgasleitung befestigt war, insbesondere anflanschbar bzw. befestigt bzw. angeflanscht ist, wobei der SCR-Katalysator und/oder der Dieselpartikelfilter in der Anbaueinheit angeordnet sind. Auf diese Weise können SCR-Katalysator und Dieselpartikelfilter besonders vorteilhaft in die Anbaueinheit integriert werden, wobei anschließend die Anbaueinheit besonders einfach und vorteilhaft an die Abgasleitung mon tierbar ist. Montageschritte können dabei besonders vorteilhaft eingespart werden.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind der Oxidationskatalysator und/oder der Sperrkatalysator in der Anbaueinheit angeordnet. Auf diese Weise können der Sperrkatalysator und/oder der Oxidationskatalysator besonders vorteilhaft vormontiert werden und die Anbaueinheit anschließend in einem einfachen Montageschritt an der Abgasleitung befestigt bzw. angeflanscht werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Einmündungsstelle der Ableitung in der Anbaueinheit angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das System eine Turbineneinheit für einen Abgasturbolader auf, wobei die Einmündungsstelle zustromseitig oder abströmseitig der Turbineneinheit angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Abgasrückführung besonders vorteilhaft als Niederdruckabgasrückführung bzw. als Hochdruckabgasrückführung betreibbar.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zweigt eine Abgasbypassleitung zuströmseitig des Wärmetauschers zur Abgaskühlung, insbesondere abströmseitig der Vorrichtung, insbesondere des Reaktors, aus der Abgasrückführleitung ab und mündet abströmseitig der Turbineneinheit in die Abgasleitung.
  • Erfindungsgemäß ist ferner ein Verfahren zur Rückführung von Abgas zu einem Verbrennungsmotor und zur Stickoxidreduzierung von an die Umgebung abgegebenem Abgas mit folgenden Verfahrensschritten vorgesehen:
    Ein Teil des Abgases wird aus einer Abgasleitung abgezweigt und strömt in eine Abgasrückführleitung. Das rückgeführte Abgas strömt an einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 38, vorbei, insbesondere an einem Reaktorbehälter, und erwärmt flüssigen Harnstoff so, dass dieser zumindest in Ammoniakgas überführt wird. Anschließend durchströmt das rückgeführte Abgas einen Wärmetauscher zur Abgaskühlung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird Ammoniakgas in eine Abgasleitung eingeleitet, so dass in einem SCR-Katalysator ein Stickoxidanteil des Abgases, zumindest ein Stickoxidanteil des Abgases reduziert wird.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltung neben der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Zeichnung. Die Gegenstände der Unteransprüche beziehen sich sowohl auf den erfindungsgemäßen Wärmetauscher als auch auf die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie auf das erfindungsgemäße System. Darüber hinaus beziehen sich die Gegenstände der Unteransprüche auf das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindungen sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, wobei eine Beschränkung der Erfindung hierdurch nicht erfolgen soll. Es zeigen
  • 1a: eine Schnittdarstellung A-A durch einen Abgaswärmetauscher mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Reaktor, zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung zumindest in Ammoniakgas;
  • 1b: eine Draufsicht des Abgaswärmetauschers aus 1a;
  • 2: eine Weiterbildung des Abgaswärmetauschers mit einem zweiten Wärmetauscher zur Beheizung des flüssigen Harnstoffs für die Vorrichtung, insbesondere für den Reaktor;
  • 3: eine Weiterbildung des Abgaswärmetauschers mit einer Bypassklappe und einer Trennwand im Eintrittsdiffusor;
  • 4: eine Weiterbildung des Abgaswärmetauschers mit einem Bypasskanal zum Bypassen von ungekühltem Abgas um den Abgaswärmetauscher;
  • 5a: eine Schnittdarstellung durch den Eintrittsdiffusor oder die Austrittsdüse oder den Abgasrückführkanal mit einem insbesondere gegossenen Reaktor;
  • 5b: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines insbesondere gegossenen Reaktors;
  • 6: ein weiteres drittes Ausführungsbeispiel eines insbesondere gegossenen Reaktors;
  • 7a: ein weiteres viertes Ausführungsbeispiel mit einem insbesondere gerollten Reaktor;
  • 7b: ein weiteres fünftes Ausführungsbeispiel mit einem insbesondere gerollten, beispielsweise schraubenförmig verlaufenden Reaktor;
  • 7c: ein weiteres sechstes Ausführungsbeispiel mit einem insbesondere gerollten Reaktor mit einer Zusatzheizung, die in dem Reaktor zumindest abschnittsweise angeordnet ist;
  • 8: ein System zur Abgaskühlung von rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und zur Reduzierung des NOx-Anteils von an die Umgebung abgeführtem Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei ein Reaktor in der Abgasrückführleitung angeordnet ist;
  • 9: eine zweite Weiterbildung des Systems mit einer Harnstoffbypassleitung;
  • 10: ein Schaubild zur Verdeutlichung der kürzeren Reaktionszeit des erfindungsgemäßen Systems durch die Platzierung des Reaktors in der Abgasrückführleitung statt in der Abgasleitung selbst;
  • 11: eine dritte Weiterbildung mit einer Ableitung, die als Speicher ausgebildet ist;
  • 12: eine vierte Weiterbildung des Systems, wobei die Ableitung zumindest bereichsweise mit Isoliermaterial umgeben ist;
  • 13: eine fünfte Weiterbildung mit einer Ableitung, die zumindest abschnittsweise in der Abgasleitung verläuft;
  • 14: eine sechste Weiterbildung mit einer Anbaueinheit, in der ein Dieselpartikelfilter, ein Oxydationskatalysator, ein Dosierventil, ein SCR-Katalysator sowie ein Sperrkatalysator angeordet sind;
  • 15: eine siebte Weiterbildung des Systems mit einer Abgasbypassleitung, die nach der Abgasturbine aus der Abgasleitung abzweigt und die zuströmseitig des Abgaskühlers in die Abgasrückführleitung mündet.
  • 1a zeigt eine Schnittdarstellung A-A eines Abgaswärmetauschers mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Reaktor, zur Überführung von flüssiger Harnstofflösung zumindest in Ammoniakgas.
  • Der Abgaswärmetauscher 1 weist ein Gehäuse 4 auf. Das Gehäuse 4 nimmt erste Strömungskanäle 2 sowie zweite Strömungskanäle 3 auf. In den ersten Strömungskanälen strömt Kühlmittel wie beispielsweise wasserhaltige Kühlflüssigkeit. In den zweiten Strömungskanälen 3 strömt Abgas oder Ladeluft. Die zweiten Strömungskanäle sind als Flachrohre 8 ausgebildet. Die Flachrohre 8 weisen eine Flachrohrwand auf. Die Flachrohre 8 können beispielsweise aus zwei Rohrhälften miteinander verschweißt bzw. verlötet werden. In einer anderen Ausführung können die Flachrohre 8 auch beispielsweise mittels Strangpressen hergestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform werden die ersten Strömungskanäle 2 und die dritten Strömungskanäle 3 aus mittels eines umformenden Verfahrens wie beispielsweise Stanzen, Pressen usw. ausgestanzten Scheiben ausgebildet, die anschließend übereinander gestapelt werden.
  • In den Flachrohren 8 können innen und/oder außen Ausprägungen 9 wie beispielsweise Winglets eingebracht sein, insbesondere eingeprägt sein.
  • Die Ausprägungen 9 erzeugen Turbulenzen und erhöhen so die Wärmeübertragungsrate zwischen Kühlmittel und Abgas oder der Ladeluft. Ferner können die Ausprägungen 9 benachbarte Flachrohre 8 gegeneinander bzw. gegenüber der Wand des Gehäuses 4 abstützen.
  • In einer anderen Ausführungsform sind beispielsweise erste turbulenzerzeugende Elemente wie beispielsweise Turbulenzeinlagen 10 und/oder zweite Turbulenzeinlagen 11 und/oder dritte Turbulenzeinlagen 12 in die Flachrohre 8 eingebracht bzw. zwischen benachbarten Flachrohren 8 angeordnet. Die Turbulenzeinlagen 10, 11, 12 sind beispielsweise aus einem Blech gestanzt und/oder gewalzt und/oder gerollt.
  • Die Flachrohre 8 können aber auch als Rundrohre ausgebildet sein. Die Flachrohre 8 werden in zumindest einem Rohrboden 7 oder in zwei Rohrböden 7 aufgenommen. Die Flachrohre 8 sind mit den Rohrböden 7 formschlüssig, beispielsweise durch Falzen oder Verkrimpen, und/oder stoffflüssig, beispielsweise durch Verschweißen, Löten, Kleben usw., mit dem zumindest einen Rohrboden 7 bzw. mit beiden Rohrböden 7 verbunden. Die Flachrohre 8 und die Rohrböden 7 weisen nicht näher bezeichnete Öffnungen auf, über die Gas- oder Ladeluft in die Flachrohre 8 eintreten bzw. aus den Flachrohren 8 wieder austreten kann. Benachbart zu den Rohrböden 7 sind ein Eintrittsdiffusor 5 und/oder eine Austrittsdüse 6 angeordnet.
  • Der Eintrittsdiffusor 5 ist mit dem Gehäuse 4 stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen oder Löten oder Kleben, und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Verkrimpen bzw. Falzen, verbunden. Ebenso ist die Austrittsdüse 6 mit dem Wärmetauschergehäuse auf dieselbe Weise verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind der Eintrittsdiffusor 5, das Wärmetauschergehäuse 4 und/oder die Austrittsdüse 6 einteilig ausgebildet. Über den Abgaseintritt tritt in Abgaseintrittsrichtigung AE Abgas in den Eintrittsdiffusor 5 ein. In dem Eintrittsdiffusor ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Reaktor R angeordnet. Der Reaktor kann vollständig oder nur abschnittsweise in dem Eintrittsdiffusor 5 angeordnet sein. In dem Reaktor R wird flüssige Harnstofflösung durch Wärmebeaufschlagung bzw. Wärmeerzeugung oder Wärmeübertragung in zumindest Ammoniakgas überführt bzw. umgewandelt. Als weitere Produkte können Kohlenstoffdioxyd oder Wasser- bzw. Wasserdampf entstehen. Das in den Eintrittsdiffusor 5 eingetretene Abgas bzw. die eingetretene Ladeluft umströmen den Reaktor R und übertragen so Wärme vom heißen Abgas bzw. der heißen Ladeluft auf den Reaktor R. Anschließend strömen das Abgas oder die Ladeluft über zumindest den einen Rohrboden 7 in die Flachrohre 8 ein und durchströmen die Flachrohre 8. Über den Kühlmitteleintritt KE strömt Kühlmittel wie beispielsweise wasserhaltige Kühlflüssigkeit in den Abgaswärmetauscher 1 ein und strömt in den ersten Strömungskanälen 1, die zwischen den Flachrohren 8 bzw. zwischen den übereinander gestapelten Scheiben eines anderen Ausführungsbeispiels. Aufgrund der Ausprägungen 9 bzw. der ersten Turbulenzeinlagen 10 und/oder der zweiten Turbulenzeinlagen 11 und/oder der dritten Turbulenzeinlagen 12 wird der Wärmeaustausch zwischen dem Abgas bzw. der Ladeluft und dem Kühlmittel verbessert. Das Kühlmittel kühlt das in den Flachrohren 8 strömende Abgas bzw. die Ladeluft und strömt über den Kühlmittelaustritt KA wieder aus dem Abgaswärmetauscher 1 heraus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verlässt das so gekühlte Abgas über den Rohrboden 7 und den Austrittsdiffusor 6 den Abgaskühler bzw. den Ladeluftkühler 1 (I-Flow-Kühler). In einer anderen Ausführungsform weist der Abgaswärmetauscher nur einen Rohrboden 7 auf. Die Flachrohre 8 verlaufen dann U-förmig bzw. in einem Teil der Flachrohre strömt das Abgas zunächst in Richtung der Abgaseintrittsrichtung AE und strömt dann in einen Sammelbereich, um entgegengesetzt der Richtung AE wieder in anderen Flachrohren entgegengesetzt zurückzuströmen und durch den Boden 7, durch den es eingetreten ist, wieder aus dem Abgaskühler bzw. dem Ladeluftkühler zu strömen (U-Flow-Kühler).
  • 1b zeigt eine Draufsicht des in 1a beschriebenen Abgaskühlers. In den 1a und 1b strömt Harnstofflösung, beispielsweise flüssige Harnstofflösung, über den Harnstoffeintritt in den Reaktor R. Aufgrund der Wärme des Abgases bzw. der Ladeluft wird der flüssige Harnstoff in Ammoniakgas und weitere Bestandteile wie Kohlenstoffdioxyd und Wasser wie beispielsweise Wasserdampf, umgewandelt. Das Ammoniakgas und ggf. die anderen Bestandteile wie Kohlenstoffdioxyd und Wasserdampf strömen über den Ammoniakgasaustritt AGA aus dem Reaktor heraus.
  • Mit Bezugszeichen 13 ist die Kühlermatrix, bestehend aus ersten Fluidströmungskanälen 2 und zweiten Fluidströmungskanälen 3, bezeichnet sowie mit ggf. zumindest einem, insbesondere zwei Rohrböden 7.
  • 2 zeigt einen Abgaswärmetauscher 20, der eine Weiterbildung des Abgaswärmetauschers 1 mit einem zweiten Wärmetauscher zur Beheizung des flüssigen Harnstoffs für die Vorrichtung, insbesondere dem Reaktor R, ist. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Zusätzlich zu den Ausführungsbeispielen in 1a und 1b ist in 2 ein weiterer zweiter Wärmetauscher 21 zur Harnstoffvorwärmung bzw. ein Zusatzwärmetauscher vorgesehen. Der zweite Wärmetauscher 21 weist einen Kühlmitteleintritt in den zweiten Wärmetauscher 23 auf, in den Kühlmittel wie beispielsweise wasserhaltiges Kühlmittel des Motorkühlkreislaufs in den zweiten Wärmetauscher 21 eintritt, diesen durchströmt und anschließend über ein Verbindungsstück, das nicht näher bezeichnet ist, in den Kühlmitteleintritt KE des Abgaswärmetauschers eintritt. Durch das Kühlmittel wird flüssige Harnstofflösung, welche über den Harnstoffeintritt 22 in den zweiten Wärmetauscher 21 einströmt, erwärmt bzw. vorgewärmt. Nach dem Durchströmen des zweiten Wärmetauschers 21 strömt der erwärmte Harnstoff in den Reaktor R. Anschließend verlässt zumindest gasförmiges Ammoniak den Reaktor über den Ammoniakgasaustritt AGA. Der zweite Wärmetauscher 21 ist insbesondere ein Harnstoffvorwärmer bzw. ein Zusatzheizer. Der zweite Wärmetauscher weist Strömungskanäle für den Harnstoff und weitere Strömungskanäle für das Kühlmittel auf. Ferner können turbulenzerzeugende Elemente zur Verbesserung der Wärmeübertragung in den Rohren oder Blechen des zweiten Wärmetauschers 21 vorgesehen sein. Der zweite Wärmetauscher 21 kann als Rohrbündelwärmeübertrager mit Rundrohren oder Flachrohren, die beispielsweise in Rohrböden aufgenommen sind, ausgebildet sein. Ferner kann der zweite Wärmetauscher 21 auch als Stapel scheibenwärmetauscher ausgebildet sein. Dabei sind Scheiben, die beispielsweise ausgestanzt oder ausgeprägt oder gepresst sind, derart übereinander gestapelt, dass benachbarte Scheiben Strömungskanäle für den flüssigen Harnstoff und andere Strömungskanäle für das Kühlmittel bilden. Die Rund- bzw. Flachrohre bzw. die Scheiben sind aus Metall wie beispielsweise aus Aluminium oder aus Edelstahl oder aus einem anderen Stahl ausgebildet. Die Rohrböden des zweiten Wärmetauschers 21 bzw. das Gehäuse sind aus einem Material, wie beispielsweise Metall, insbesondere Aluminium, Edelstahl, oder ein anderes Metall oder beispielsweise aus Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus Keramik ausgebildet. Das Gehäuse, die Rohrböden und die Rohre, insbesondere die Flachrohre bzw. die Scheiben sind miteinander formschlüssig, insbesondere durch Verkrimpen, Falzen usw., und/oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben usw., miteinander verbunden. Ferner können in den Rohren bzw. zwischen benachbarten Scheiben turbulenzerzeugende Elemente wie beispielsweise Turbulenzbleche eingelegt bzw. eingeschoben sein.
  • 3 zeigt einen Abgaswärmetauscher 30. Der Abgaswärmetauscher 30 ist eine Weiterbildung der Wärmetauscher der 1a, 1b, 2 oder eine weitere Ausführungsform. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • In dem Wärmetauscher 30 ist im Eintrittsdiffusor eine Trennwand 32 angeordnet. Die Trennwand ist im Wesentlichen parallel zur Abgaseintrittsrichtung AE. Die Trennwand 32 teilt den nicht näher bezeichneten Einströmabschnitt im Eintrittsdiffusor 5 zumindest abschnittsweise in einen ersten Einströmabschnittteilraum 33 und in einen zweiten Einströmabschnittteilraum 34 auf. Der Reaktor R ist im dargestellten Ausführungsbeispiel im zweiten Einströmabschnittteilraum 34 angeordnet. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Reaktor R in dem ersten Einströmabschnittteilraum 33 angeordnet. Zuströmseitig der Trennwand 32 ist eine Bypassklappe 31 angeordnet, so dass die Achse der Bypassklappe 31 im Wesentlichen senkrecht zur Abgaseintrittsrichtung AE verläuft. Die Bypassklappe 31 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Position dargestellt, in der das gesamte eintretende Abgas über den zweiten Einströmabschnittteilraum 34 in den Eintrittsdiffusor 5 gelangt und auf diese Weise an dem Reaktor R flüssige Harnstofflösung erwärmt bzw. zumindest in Ammoniakgas überführt. In einer anderen nicht dargestellten Position, wenn die Bypassklappe im Wesentlichen an der gegenüberliegenden Wand, gegenüberliegend im Vergleich zum dargestellten Ausführungsbeispiel, im Wesentlichen anliegt, strömt das gesamte Abgas über den ersten Einströmteilraumabschnitt 33 in den Eintrittsdiffusor 5 ein. Auf diese Weise wird eine Wärmeübertragung von dem einströmenden heißen Abgas auf den Reaktorbehälter reduziert bzw. verhindert. In einer anderen nicht dargestellten Position nimmt die Bypassklappe 31 Zwischenstellungen ein, in denen ein Teil des einströmenden Abgases durch den Einströmteilabschnitt 33 und durch den zweiten Einströmteilabschnitt 34 in den Eintrittsdiffusor 5 einströmt. Auf diese Weise kann mit der Bypassklappe 31 die Beaufschlagung des Reaktors R mit Wärme geregelt bzw. gesteuert werden.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Bypassklappe 31 ein anderes Regelorgan, beispielsweise ein anderes Ventilelement, was gleichzeitig in der Bypassfunktion die Rückführrate des rückgeführten Abgases regelt. In diesem Fall ist das Regelorgan als Kombiventil derart ausgebildet, dass sowohl die Funktion der Bypassklappe als auch die Funktion des Abgasrückführventils von dem Regelorgan bzw. dem Regelventil erfüllt ist.
  • 4 zeigt einen Abgaskühler 40, wobei der Abgaskühler eine Weiterbildung zumindest einer der Abgaskühler der 1a, 1b, 2, 3 oder ein anderes Ausführungsbeispiel eines Abgaskühlers dargestellt. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Zusätzlich weist der Abgaskühler 40 eine Bypassleitung 42 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Bypassleitung in den Abgaswärmetauscher integriert. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Bypassleitung 42 separat ausgebildet und nicht in den Abgaswärmetauscher integriert. Die Trennwand ist dabei als Trennwand 41 ausgebildet und ist zumindest im Wesentlichen oder vollständig bis zum Boden 7 des Wärmetauschers ver längert. Die Trennwand 41 ist dabei mit dem Boden oder mit dem Gehäuse des Wärmetauschers stoffschlüssig, beispielsweise durch Löten, Schweißen, Kleben usw. verbunden. Die Trennwand kann aber auch einen kleinen Spalt aufweisen. Die Bypassklappe entspricht im Wesentlichen der Bypassklappe 31 aus 3. Ferner kann die Bypassklappe auch als Bypassventil oder als Regelorgan, welches als Kombiventil ausgebildet ist und sowohl die Funktion der Bypassklappe als auch die Funktion des Abgasrückführventils aufweist, in sich vereinigen. Ebenso sind die verschiedenen Positionen, die bereits in 3 beschrieben wurden, möglich.
  • Die in den 1a, 1b, 2, 3 und 4 beschriebenen Wärmetauscher 1, 20, 30, 40 sind Abgaskühler und/oder Ladeluftkühler und/oder Ölkühler zum Kühlen von Getriebeöl und/oder Kühlmittelkühler und/oder ein Kondensator für eine Klimaanlage.
  • Das Gehäuse 4 der Wärmetauscher ist insbesondere aus einem Metall wie beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl oder aus einem anderen Stahl oder anderen Metall ausgebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse der Wärmetauscher der 1a bis 4 aus Kunststoff oder aus einem Faserverbundwerkstoff oder aus einem anderen Material ausgebildet. Aus den gleichen Materialien können der Eintrittsdiffusor 5 und/oder die Austrittsdüse 6 ausgebildet sein. Ferner sind die Rohrböden 7 aus entsprechenden Materialien ausgebildet.
  • Das Gehäuse und der Eintrittsdiffusor 5 bzw. die Austrittsdüse 6 sind einteilig oder mehrteilig ausgebildet. Ferner kann der Eintrittsdiffusor 5 und/oder die Austrittsdüse 6 formschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 4 und/oder mit dem zumindest einen Rohrboden 7 verbunden sein. Die Rohre 8 können als Flachrohre ausgebildet sein oder als Rundrohre ausgebildet sein. Die Rohre 8 werden beispielsweise mittels Strangpressens oder in einem anderen Ausführungsbeispiel zweiteilig durch Pressen ausgebildet und anschließend miteinander verlötet, verschweißt oder in sonstiger Weise stoffschlüssig miteinander verbunden. Der Reaktor R ist dabei vollständig oder teilweise in dem Eintrittsdiffusor 5 oder in einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel in der Austrittsdüse 6 angeordnet.
  • Ebenso können Ausprägungen 9 derart in die Flachrohre 8 eingeprägt sein, dass sich benachbarte Winglets eines Rohrs im Wesentlichen gegenüberstehen bzw. derartig angeordnet sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind gegenüberliegende Ausprägungen 9 versetzt zueinander angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind turbulenzerzeugende Elemente 10, 11, 12 in den Flachrohren bzw. zwischen den Flachrohren angeordnet und zumindest abschnittsweise mit den Flachrohren verbunden wie beispielsweise stoffschlüssig durch Schweißen, Löten, Kleben usw. verbunden.
  • Das Gehäuse 4 kann beispielsweise als Gussgehäuse ausgebildet sein und wird beispielsweise durch Druckgießen von einem Metall wie beispielsweise Aluminium oder Edelstahl oder einem anderen Metall hergestellt oder durch Druckgießen oder durch Spritzgießen von Kunststoff oder einem Faserverbundwerkstoff hergestellt. Ebenso können entsprechende Anbauteile wie Stutzen in einem Prozess mit gespritzt oder gegossen werden.
  • Ebenso kann der der Reaktor R mittels Gießen oder Rollen oder eines sonstigen umformenden oder urformenden Fertigungsverfahrens hergestellt werden.
  • 5a zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Eintrittsdiffusor oder durch einen Abgasrückführkanal mit einer Vorrichtung, insbesondere einem Reaktor, wobei der Reaktor durch Gießen hergestellt ist. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Reaktor und Eintrittsdiffusor bilden die Baueinheit 50. Die Baueinheit 50 weist den Eintrittsdiffusor 5 und den Reaktor R1 auf.
  • Der Eintrittsdiffusor 5 hat eine nicht näher bezeichnete Eintrittsdiffusorwand. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Eintrittsdiffusor 5 einen im Wesentlichen zumindest abschnittsweise kreisförmigen Querschnitt. In einer anderen Ausführung hat der Eintrittsdiffusor 5 einen zumindest bereichsweise eckigen, beispielsweise rechteckförmigen Querschnitt. Der Eintrittsdiffusor 5 hat einen Eintrittsdiffusorinnenraum 58. In dem Eintrittsdiffusorinnen raum 58 ist zumindest bereichsweise, im dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig, der Reaktor R1 angeordnet.
  • Der Reaktor R1 weist eine Reaktorwand 55 auf. Die Reaktorwand weist eine nicht näher bezeichnete Dicke von 0,1 mm bis 5 mm, insbesondere 0,5 mm bis 4 mm, insbesondere von 0,7 mm bis 3 mm auf. Die Reaktorwand hat im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ellipsenförmigen Querschnitt. In einem anderen Ausführungsbeispiel hat die Reaktorwand 55 einen kreisrunden und/oder einen rechteckförmigen oder vieleckförmigen Querschnitt.
  • Aus der Reaktorwand sind erste Rippenelemente 53 ausgebildet. Die ersten Rippenelemente weisen eine ähnliche Dicke auf wie die Reaktorwand. Die ersten Rippenelemente 53 sind im Wesentlichen senkrecht zu der Harnstoffeintrittsrichtung HE und/oder zur Ammoniakgasaustrittsrichtung AGA angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel zwischen zweitem Rippenelement 53 und der Harnstoffeintrittsrichtung HE 0° bis 90°, insbesondere 20° bis 80°, insbesondere 30° bis 70°. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Rippenelemente 53 im Wesentlichen zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig umlaufend um die Reaktorwand 55 ausgebildet, so dass die ersten Rippenelemente 53 eine Art Rippenebenenabschnitte bilden. Im dargestellten Ausbildungsbeispiel weist der Reaktor R1 6 erste Rippenelemente 53 auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel weist der Reaktorbehälter 1 bis 6 oder mehr als 6 erste Rippenelemente 53 auf. Die ersten Rippenelemente weisen von der Reaktorwand 55 in Richtung der nicht näher bezeichneten Wand des Eintrittsdiffusor 5.
  • Neben den ersten Rippenelementen 53 weist der Reaktor R1 im dargestellten Ausführungsbeispiel weitere zweite Rippenelemente 54 auf. Die zweiten Rippenelemente 54 sind im Reaktorraum 59 angeordnet. Die zweiten Rippenelemente 54 weisen von der Reaktorwand 55 in Richtung des Reaktorraums 59. Die zweiten Rippenelemente 54 sind im Wesentlichen senkrecht zur Harnstoffeintrittsrichtung HE bzw. zur Ammoniakgasaustrittsrichtung AGA angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die zweiten Rippenelemente 54 zur Richtung HE bzw. zur Richtung AGA unter einem Winkel von 0° bis 90°, insbesondere von 20° bis 80°, insbesondere von 30° bis 75° angeordnet.
  • Im dargestellten Beispiel sind die zweiten Rippenelemente 54 im Wesentlichen umlaufend um die Innenseite der Reaktorwand 55 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf zweite Rippenelemente 54 vorgesehen. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind ein bis fünf oder mehr als fünf zweite Rippenelemente 54 vorgesehen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Rippenelemente 53 und/oder die zweiten Rippenelemente 54 einteilig mit der Reaktorwand 55, insbesondere dem Reaktor R1 ausgebildet. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Rippenelemente 53 und/oder die zweiten Rippenelemente 54 mit der Reaktorwand 55 zumindest abschnittsweise stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben usw. verbunden. Der Reaktor R1 ist derart ausgebildet, dass er zumindest eine Reaktoreintrittsöffnung 56 zum Eintritt von flüssiger Harnstofflösung in den Reaktor aufweist. Ferner weist der Reaktor R1 zumindest eine Reaktoraustrittsöffnung 57 zum Austritt von Ammoniakgas und/oder Kohlenwasserstoff und/oder Wasser wie beispielsweise Wasserdampf auf. Der Reaktor weist einen nicht näher bezeichneten Eintrittsabschnitt für den Reaktor auf, der im Wesentlichen kreisrundförmig ausgebildet ist. Der Eintrittsabschnitt mündet in den Reaktorraum 59. Ferner mündet ein Austrittsbereich, in dem die Reaktoraustrittsöffnung 57 angeordnet ist, in den Reaktorraum 59. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Reaktorraum 59 bis zur Höhe 60 mit Harnstofflösung gefüllt. Zumindest ein Bereich des Reaktorraums 59 ist als Verdampfungsbereich 52 ausgebildet. Die Harnstofflösung berührt zumindest abschnittsweise die Innenseite der Reaktorwand 55, dabei vergrößern die zweiten Rippenelemente 54 die Oberfläche der Reaktorwand 55. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt so eine Überführung der Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas, in dem Wärme von dem Abgas an die Reaktorwand 55 übertragen wird. Über den schraffiert dargestellten Abschnitt der Reaktorwand 55 wird für die Höhe 60 exemplarisch gezeigt, wie die Wärme an die flüssige Harnstofflösung übertragen wird. Auf diese Weise wird die Harnstofflösung erwärmt bzw. erhitzt bzw. überhitzt, so dass Ammoniakgas, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf entsteht. Sinkt der Pegel der wässrigen Harnstofflösung unter die Höhe 60, so ist die schraffierte wärmeübertragende Fläche geringer, überschreitet der Pegel der Harnstofflösung die Höhe 60, so steht eine größere wärmeübertragende schraffierte Fläche zur Verfügung. Auf diese Weise kann durch die dem Reaktorraum 59 zugeführte Menge an Harnstofflösung und die damit erzielte Pegelhöhe in dem Reaktor R1 die Menge an erzeugtem Ammoniakgas geregelt werden. Das erzeugte Ammoniakgas steigt auf bzw. wird durch den Druck, der im Reaktorraum 59 herrscht, über die Reaktoraustrittsöffnung 57 abgeführt.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Reaktor R1 mittels eines urformenden Fertigungsverfahrens wie beispielsweise Gießen, insbesondere Sandgießen oder Spritzgießen, insbesondere Gießen mit verlorenen Formen, hergestellt. Der Reaktor, insbesondere die Reaktorwand 55 und/oder die ersten Rippenelemente 53 und die zweiten Rippenelemente 54 werden so in einem Fertigungsverfahren hergestellt. Die Reaktorwand 55, die Rippenelemente 53 und die zweiten Rippenelemente 54 sind aus einem Metall wie beispielsweise aus Stahl, wie beispielsweise Edelstahl oder aus einem anderen Stahl oder aus Aluminium oder aus einem anderen wärmeübertragenden Material hergestellt. Ferner ist der Reaktor R1 mit dem Eintrittsdiffuser 5 formschlüssig oder stoffschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. Im Innenraumeintrittsdiffusorraum 58 strömt das Abgas.
  • 5b zeigt eine Weiterbildung der 5a bzw. ein zweites Ausführungsbeispiel mit gegossenem Reaktor. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Im Unterschied zu 5a ist die Baueinheit 60 mit dem Reaktor R2 und dem Eintrittsdiffusor 5 leicht abgewandet ausgebildet.
  • Der Reaktor R2 entspricht im Wesentlichen dem Reaktor R1, wie er in den vorherigen Figuren beschrieben wurde. Im Unterschied dazu sind die zweiten Rippenelemente 64 derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen parallel zur Richtung HE bzw. zur Richtung AGA verlaufen. Auch der Verdampfungsraum 62 entspricht im Wesentlichen dem Verdampfungsraum 52, ist aber leicht anders ausgebildet. Ebenso entspricht der Reaktorraum 69 im Wesentlichen dem Reaktorraum 59, ist aber leicht anders ausgebildet.
  • Das Bezugszeichen 51 stellt das Abgas dar.
  • 6 Die Einheit 70 weist einen Reaktor R3 und einen Eintrittsdiffusor 5 auf und stellt eine Weiterbildung bzw. ein weiteres Ausführungsbeispiel dar. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Der Reaktor R3 weist die Reaktorwand 75 auf. Die Reaktorwand 75 ist einteilig mit dem Eintrittsdiffusor 5 ausgebildet. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Reaktorwand 75 mit dem Eintrittsdiffusor 5 stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, verbunden. Der Diffusor 5 weist einen Diffusorwandabschnitt 76 auf. Der Diffusorwandabschnitt 76 bildet zugleich einen Wandbereich des Reaktors R3. Aus dem Diffusorwandabschnitt 76 sind erste Rippenelemente 73 in Richtung des Innenraums 58 des Eintrittsdiffusors ausgebildet und im Wesentlichen senkrecht zur Abgaseintrittsrichtung AE angeordnet. Ferner sind aus dem Diffusorwandabschnitt 76 zweite Rippenelemente 74 in Richtung des Reaktorraums 79 ausgebildet. Die zweiten Rippenelemente 74 sind im Wesentlichen senkrecht zur Abgaseintrittsrichtung AE angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die ersten Rippenelemente 73 und/oder die zweiten Rippenelemente 74 unter einem Winkel von 0° bis 90°, insbesondere 10° bis 80°, insbesondere 20° bis 70° zur Abgaseintrittsrichtung AE angeordnet. Die ersten Rippenelemente übernehmen im Wesentlichen dieselbe Funktion wie die anderen ersten Rippenelemente 53 bzw. 63 und die zweiten Rippenelemente 74 übernehmen im Wesentlichen dieselben Funktionen wie die Rippenelemente 54 bzw. 64.
  • 7a zeigt ein weiteres viertes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit mit einem Reaktor und dem Eintrittsdiffusor bzw. eine Weiterbildung einer Baueinheit mit einem Reaktor und einem Eintrittsdiffusor. Die Baueinheit 80 weist einen Eintrittsdiffusor 5 und einen Reaktor R4 auf. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Der Reaktor R4 ist beispielsweise als Wellgehäuse ausgebildet. Der Reaktor R4 ist beispielsweise mittels Innenhochdruckumformens oder mittels eines anderen Verfahrens wie beispielsweise Tiefziehen hergestellt. Beim Tiefziehen sind beispielsweise Halbschalen tiefgezogen, die anschließend verbunden wie beispielsweise verschweißt oder verlötet werden und so den Reaktor R4 bilden. Der Reaktor R4 weist einen Reaktorraum 89 auf. Der Reaktorraum 89 weist einen Verdampfungsraum 82 zum Sammeln des Ammoniakgases. In einem anderen Verfahren kann der Reaktor R4 mittels Rollen hergestellt werden. Der Reaktor R4 weist eine Reaktorwand 85 auf. Die Reaktorwand 85 ist derart ausgebildet, dass sie sowohl erste Rippenelemente 83, insbesondere erste Rippenelementabschnitte, aufweist und gleichzeitig zweite Rippenelemente 84, insbesondere zweite Rippenelementabschnitte 84, aufweist. Diese haben im Wesentlichen dieselben Aufgaben wie die ersten und zweiten Rippenelemente, die bereits in den vorherigen Figuren beschrieben wurden.
  • 7b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bzw. eine Weiterbildung der Baueinheit 80 mit einem Reaktor R5, der im Wesentlichen dem Reaktor R4 entspricht. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Die Reaktorwand 85 ist in der Weiterbildung derart ausgebildet, dass die Reaktorwand sich im Wesentlichen schraubenförmig um den Reaktorraum 89 windet. Dabei entsteht eine Ganglänge 87. Die Ganglänge 87 nimmt Werte zwischen 0,1 mm und 10 mm, insbesondere Werte zwischen 0,2 mm und 8 mm, insbesondere Werte von 0,5 mm bis 5 mm oder Werte über 10 mm an. Insbesondere nimmt die Ganglänge 87 Werte zwischen 10 mm bis 15 mm, Werte zwischen 15 mm und 40 mm an. Die Herstellung des Reaktors R5 erfolgt im Wesentlichen wie die Herstellung des Reaktors R4. Der Vorteil der Ausführung nach 7b besteht darin, dass ein linearer Zusammenhang zwischen der Höhe 60 des Pegels an flüssigem Ammoniakgas und der beaufschlagten Wandfläche des Reaktors mit flüssiger Harnstofflö sung besteht. Dies ist besonders vorteilhaft für die lineare Regelung von erzeugtem Ammoniakgas in Bezug auf die mit flüssiger Harnstofflösung beaufschlagte Fläche der Reaktorwand 85 des Reaktors R5.
  • 7c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel bzw. eine Weiterbildung des Systems 80 mit den Reaktoren R4 bzw. mit dem Reaktor R5. Hierbei ist in dem Reaktorraum 89 ein Zusatzwärmetauscher angeordnet. Der Zusatzwärmetauscher 91 kann sowohl Medium zum Heizen als auch Medium zum Kühlen führen. Der Zusatzheizer ist als Heizrohr ausgebildet, beispielsweise als Heatpipe oder als Coolpipe. Hierbei strömt in einem Rohr Kältemedium wie beispielsweise Kältemittel oder Kühlmittel durch den Reaktorraum 89 und kühlt bzw. erhitzt zusätzlich Harnstofflösung bzw. das Ammoniakgas. In einer ersten Ausführungsform tritt Kühlmittel KME in den Zusatzwärmetauscher 91 ein, durchströmt diesen und strömt aus dem Austritt KMA wieder aus dem Zusatzwärmetauscher 91 heraus. In einer anderen Ausführung oder in einer Weiterbildung ist das Medium erwärmt und durchströmt dabei den Zusatzwärmetauscher, wobei die flüssige Harnstofflösung und/oder das Ammoniakgas weiter erwärmt werden bzw. ein Kondensieren des Ammoniakgases verhindert wird. Mit einem Zusatzwärmetauscherventil 90 wird der Strom ein Fluid, welches den Zusatzwärmetauscher 91 durchströmt. Dabei kann die Durchflussmenge derart geregelt werden, dass kein Medium einströmt bzw. der gesamte Querschnitt des Ventils geöffnet ist, so dass Medium in den Zusatzwärmetauscher 91 einströmen kann als auch Zwischenbereiche zwischen vollständig geöffnetem Querschnitt zum Einströmen des Mediums als auch des vollständig geschlossenen Querschnitts, so dass kein Medium einströmt, geregelt werden.
  • In den 5a bis 7c sind die Reaktoren im Eintrittsdiffusor angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Reaktoren zumindest abschnittsweise in der Gasrückführleitung oder in der Austrittsdüse des Abgaswärmetauschers angeordnet. Die in den 5b bis 7c gezeigten Reaktoren können aus denselben Materialien ausgebildet sein, wie dies für den Reaktor in 5a beschrieben wurde. Ferner kann der in 7c beschriebene Zusatzheizer auch mit Motoröl oder Luft durchströmt werden.
  • 8 zeigt ein System zur Abgaskühlung von rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotor und zur Reduzierung des NOx-Anteils von an die Umgebung abgeführtem Abgas.
  • Das System 100 weist einen Verbrennungsmotor M auf, aus dem eine Abgasleitung AG zu einem Abgasturbolader ATL mit einer Turbineneinheit TE führt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel zweigt zuströmseitig der Turbineneinheit TE eine Abgasrückführleitung AGR aus der Abgasleitung AG ab.
  • In der Abgasrückführleitung AGR sind ein Abgaswärmetauscher AGK und eine Vorrichtung, die als Reaktor R ausgebildet ist, angeordnet. Der Reaktor ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zuströmseitig des Abgaswärmetauschers AGK angeordnet. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Reaktor abströmseitig des Abgaswärmetauschers AGK angeordnet.
  • Nach dem Durchströmen des Reaktors R und des Abgaswärmetauscher AGK mündet die Abgasrückführleitung in die Ansaugleitung LL. Das in der Abgasrückführleitung AGR rückgeführte Abgas wird mit der Ansaugluft FL, die aus der Umgebung angesaugt wird und in einer nicht näher bezeichneten Kompressoreinheit des Abgasturboladers ATL verdichtet und anschließend in einem Ladeluftkühler LLK gekühlt und mit dem rückgeführten Abgas vermischt. Anschließend gelangt dieses Gemisch über den Ansaugstutzen in den Verbrennungsmotor M.
  • Der Teil des Abgases, der nicht in die Abgasrückführleitung AGR einströmt, gelangt über die Turbineneinheit TE schließlich in einen Dieselpartikelfilter DPF, in dem Dieselpartikel herausgefiltert werden. Das im Dieselpartikelfilter DPF gefilterte Abgas strömt weiter. Zuströmseitig eines SCR-Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion SCRK wird Ammoniakgas AGG dem Abgas zugesetzt bzw. zugemischt. Das mit dem Ammoniakgas vermischte Abgas wird anschließend im SCR-Katalysator reduziert und auf diese Weise der NOx-Anteil des Abgases verringert. Das so reduzierte Abgas verlässt das System über den Auspuff AP. In dem in 8 dargestellten System erfolgt die Abgasrückführung als Hochdruckabgasrückführung, da die Abgas rückführleitung AGR zuströmseitig der Turbineneinheit TE aus der Abgasleitung AG abzweigt.
  • In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel zweigt die Abgasrückführleitung AGR abströmseitig der Turbineneinheit TE aus der Abgasleitung AG ab. Diese Art der Abgasrückführung wird als Niederdruckabgasrückführung bezeichnet.
  • In einem Harnstoffspeicher HS wird flüssige Harnstofflösung, insbesondere wässrige Harnstofflösung, gespeichert. Eine Harnstoffleitung HL führt vom Harnstoffspeicher HS zum Reaktor R. In der Harnstoffleitung HL ist eine Harnstoffpumpe HP angeordnet, die die flüssige Harnstofflösung aus dem Harnstoffspeicher HS durch Harnstoffleitung HL zum Reaktor R pumpt. Der Reaktor R entspricht einem der Reaktoren R, R1, R2, R3, R4 oder R5, wie in den vorherigen Figuren beschrieben. Der Reaktor R kann beispielsweise eine Verteilkammer VT aufweisen, in der flüssige Harnstofflösung auf dritte Strömungskanäle SK3 zumindest auf einen dritten Strömungskanal SK3 verteilt wird. Beispielsweise kann Ammoniakgas, das sich aus der flüssigen Harnstofflösung aufgrund der Beaufschlagung mit heißem Abgas bildet, in einem nicht weiter bezeichneten Sammelbehälter gesammelt werden. Das Ammoniakgas strömt anschließend durch eine Ableitung AL in die Abgasleitung AG.
  • In der Ableitung AL ist zumindest ein Druckregelventil DRV abströmseitig des Reaktors R angeordnet. Ferner ist in der Ableitung AL ein Speicherbehälter AGS angeordnet. Ferner ist in der Ableitung AL ein Drosselventil DV angeordnet. Der Speicherbehälter AS ist zuströmseitig des Drosselventils DV und/oder abströmseitig des Druckregelventils DRV angeordnet. Abströmseitig des Drosselventils DV weist die Ableitung eine Einmündungsstelle ES auf, an der Ammoniakgas dem Abgas zugeführt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Einmündungsstelle ES in der Abgasleitung AG angeordnet.
  • Das Druckregelventil DRV regelt den Druck im Reaktor. Wenn ein bestimmter, vorher eingestellter oder regelbarer Druck im Reaktor R überschritten wird, öffnet das Druckregelventil DRV, so dass Ammoniakgas aus dem Reaktor durch die Ableitung AL strömen kann.
  • Das Ammoniakgas kann in dem Speicherbehälter AGS zwischengespeichert werden. Insbesondere nach Abschalten des Verbrennungsmotors, wandelt sich das im Speicherbehälter AGS befindliche Ammoniakgas in Ammoniakwasser um. Mittels des Drosselventils DV wird die Strömung des Abgases, das sich in der Abgasleitung befindet, geregelt.
  • 9 zeigt eine weitere zweite Ausführung des Systems bzw. eine Weiterbildung mit einer Harnstoffbypassleitung.
  • Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Zusätzlich zu dem System 100 weist das System 200 eine Harnstoffbypassleitung HBPL auf, die die Harnstoffpumpe HP umgeht. In der Harnstoffbypassleitung HBPL ist ein Harnstoffwärmetauscher HK angeordnet. Der Harnstoffwärmetauscher HK kühlt und/oder erwärmt Harnstofflösung, die durch die Harnstoffbypassleitung HBPL strömt. Ferner ist abströmseitig des Harnstoffwärmetauschers HK ein Überdruckventil ÜV vorgesehen. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Überdruckventil in der Harnstoffleitung HL angeordnet.
  • Ferner ist ein Rückschlagventil RV in der Harnstoffleitung zuströmseitig einer nicht weiter bezeichneten Abzweigstelle, an der die Harnstoffbypassleitung HBPL aus der Harnstoffleitung HL abzweigt, angeordnet.
  • 10 zeigt ein Schaubild 300 zur Verdeutlichung der kürzeren Reaktionszeit bei der Platzierung der Vorrichtung, insbesondere des Reaktorbehälters in der Abgasrückführleitung anstatt in der Abgasleitung.
  • Auf der waagerechten Achse ist die Zeit t aufgetragen mit den Zeitpunkten t0, t1, t2 und t3. Auf der vertikalen Achse ist die Temperatur T bzw. der NOx-Anteil der NOx-Rohemissionen des Verbrennungsmotors NOx sowie der Ammoniakbedarf des SCR-Katalysators AB aufgetragen. Der Anteil der NOx-Rohemissionen des Motors ist mit dem Bezugszeichen 301 versehen. Der Anteil des Ammoniakbedarfs des SCR-Katalysators ist mit dem Bezugszeichen 302 versehen. Die Abgastemperatur in der Abgasrückführleitung zuströmseitig, insbesondere im Wesentlichen direkt vor dem Abgaskühler, ist mit dem Bezugszeichen 304 versehen. Die Abgastemperatur des Abgases nach Durchströmen der Turbine des Turboladers ist mit dem Bezugszeichen 303 versehen. Die Reaktionszeit bei der Platzierung des Reaktors in der Abgasleitung abströmseitig der Turbine des Turboladers gemäß dem Stand der Technik weist eine Reaktionszeit 306 auf. Die Reaktionszeit bei der Anordnung des Reaktors in der Abgasrückführleitung, insbesondere zuströmseitig des Abgaskühlers, ist mit dem Bezugszeichen 307 versehen.
  • Zum Zeitpunkt t0 erfolgt ein Anstieg der NOx-Rohemissionen des Verbrennungsmotors im Wesentlichen sprungartig. Dies geschieht beispielsweise beim Starten des Verbrennungsmotors. Die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt t1 – t0 beschreibt die Zeitspanne, bis das Abgas aus dem Verbrennungsmotor zum SCR-Katalysator gelangt. Die Reaktionszeit bei der Platzierung des Reaktors in der Abgasrückführleitung, insbesondere zuströmseitig des Abgaskühlers, berechnet sich aus der Differenz t2 – t1. Diese Reaktionszeit 307 ist wesentlich kürzer als die Reaktionszeit bei der Platzierung des Reaktors in der Abgasleitung abströmseitig der Turbine des Turboladers. Diese Reaktionszeit beim Stand der Technik 306 berechnet sich aus der Differenz des Zeitpunktes t3 – t1.
  • Die Reaktionszeit 307 ist damit deutlich kürzer. Aus diesem Grund ist die Platzierung des Reaktors in der Abgasrückführleitung besonders vorteilhaft.
  • 11 zeigt eine Weiterbildung des in den 8 und 9 beschriebenen Systems oder eine weitere Ausführungsform des Systems. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Im Unterschied zu den 8 und/oder 9 ist die Ableitung AL in dem System 400 als Speicherbehälter 401 ausgebildet. Ein separater Speicherbehäl ter AGS ist hierbei nicht mehr erforderlich, da dass Ammoniakgas in der Ableitung AL selbst gespeichert werden kann.
  • 12 zeigt eine Weiterbildung der in den 8, 9 und 11 beschriebenen Systeme oder eine andere Ausführungsform. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Das System 500 weist einen Abschnitt der Ableitung AL auf, der insbesondere mit Isoliermaterial umgeben ist. Das Material dient insbesondere der Wärmeisolierung. Dieser Abschnitt ist mit WI bezeichnet. Auf diese Weise wird verhindert, dass Ammoniakgas beim Durchströmen der Ableitung AL kondensiert. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Ableitung AL gerade in dem Abschnitt mit wärmeisolierendem Material WI umschlossen, in dem die Ableitung AL als Speicherbehälter 401 ausgebildet ist bzw. in dem sich der Speicherbehälter AGS befindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abschnitt der Ableitung AL abströmseitig des Druckregelventils DRV und zuströmseitig des Drosselventils DV mit wärmeisolierendem Material WI umwickelt bzw. umschlossen. In einem anderen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann auch ein anderer Bereich der Ableitung AL mit wärmeisolierendem Material WI umschlossen sein.
  • 13 zeigt eine Weiterbildung der Systeme der 8, 9 und 11 bis 12 bzw. eine weitere Ausführungsform. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Bei dem System 600 ist zumindest ein Ableitungsabschnitt 601 der Ableitung AL in der Abgasleitung AG angeordnet. Ein erster Ableitungsteilabschnitt 602 ist dabei zuströmseitig des Dieselpartikelfilters DPF angeordnet. Ein weiterer Ableitungsteilabschnitt 603 ist abströmseitig des Dieselpartikelfilters DPF angeordnet. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Kondensieren des Ammoniakgases in der Ableitung AL verhindert werden. Ferner dient das Abgas in der Abgasleitung AG als zusätzliche Heizquelle zur Beheizung des Ammoniakgases in der Ableitung AL. Besonders vorteilhaft ist dies beispielsweise beim Kaltstart des Verbrennungsmotors.
  • 14 zeigt eine Weiterbildung der Systeme der 8 und 9 sowie 11 bis 13 oder eine weitere Ausführungsform. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Bei dem System 700 ist eine Anbaueinheit 701 an der Abgasleitung AG angebracht, beispielsweise angeflanscht oder auf andere Weise befestigt. Die Anbaueinheit 701 ist beispielsweise stoffschlüssig, wie Schweißen, Löten oder Kleben, und/oder formschlüssig, wie beispielsweise durch Schrauben, an der Abgasleitung befestigt.
  • Die Anbaueinheit 701 weist ein nicht weiter bezeichnetes Gehäuse auf. Die Anbaueinheit 701 weist einen Anbauraum 702 auf, der von dem nicht weiter bezeichneten Gehäuse umschlossen wird. Der Anbauraum 702 unterteilt sich in einen ersten Anbauteilraum 703 und zumindest einen weiteren Anbauteilraum 704. In dem ersten Anbauteilraum 703 sind ein Oxidationskatalysator DOC sowie ein Dieselpartikelfilter angeordnet. Ferner sind in dem zweiten Anbauteilraum 703 ein SCR-Katalysator sowie ein Sperrkatalysator angeordnet. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist der erste Anbauteilraum in drei andere Anbauteilräume unterteilt. Dabei sind der Oxidationskatalysator DOC und der Dieselpartikelfilter in einem ersten Unteranbauteilraum 706 angeordnet. Der SCR-Katalysator und der Sperrkatalysator sind in einem zweiten Unteranbauteilraum 707 angeordnet. Ein Abschnitt der Ableitung AL sowie das Drosselventil DV sind in einem dritten Unteranbauteilraum 708 angeordnet. Der erste Unteranbauteilraum 706, der zweite Unteranbauteilraum 707 und der dritte Unteranbauteilraum 708 sind voneinander jeweils abgetrennt. Die Einmündungsstelle der Ableitung AL ist in dem zweiten Anbauteilraum 704 angeordnet.
  • Eine Abgastrennwand ist in der Abgasleitung AG derart angeordnet, dass kein Abgas durch die Trennwand strömen kann. Die Abgastrennwand 705 ist mit der Abgasleitung beispielsweise stoffschlüssig durch Schweißen, Löten oder Kleben und/oder formschlüssig verbunden. Die Abgasleitung AG weist eine erste nicht weiter bezeichnete Öffnung auf, in der das Abgas aufgrund der Stauwirkung der Abgastrennwand 705 in die Anbaueinheit 701, insbesondere in den ersten Unteranbauteilraum 706 einströmt. Das Abgas strömt durch den Oxidationskatalysator und anschließend durch den Dieselpartikelfilter DPF. Nach dem Durchströmen des Dieselpartikelfilters gelangt das Abgas in den zweiten Anbauteilraum 704. Über die Einmündungsstelle ES wird Ammoniakgas dem Abgas zugeführt bzw. mit diesem vermischt. Das Abgas mit dem Ammoniakgas tritt anschließend in den zweiten Unteranbauteilraum 707. Das Abgas mit dem Ammoniakgas durchströmt den SCR-Katalysator, wodurch Abgas reduziert wird und so der NOx-Anteil gesenkt wird. Nach dem Durchströmen des SCR-Katalysators durchströmt das so reduzierte Abgas den Sperrkatalysator Sperrkat. Im Sperrkatalysator würde Ammoniak oder Ammoniakgas derart umgewandelt, dass es nicht an die Umgebung austritt. Über eine weitere nicht näher bezeichnete Öffnung in der Abgasleitung AG strömt das Abgas wieder in die Abgasleitung und verlässt die Abgasleitung AG über den Auspuff.
  • 15 zeigt eine Weiterbildung der vorherigen Figuren, insbesondere des Systems der 14, oder eine weitere Ausführungsform. Gleiche Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den vorherigen Figuren.
  • Zusätzlich zum System 700, das in der 14 dargestellt ist, weist das System 800, welches in der 15 dargestellt ist, einen Abgasbypass AGBP auf, der abströmseitig der Turbineneinheit des Abgasturboladers ATL aus der Abgasleitung AG abzweigt und zuströmseitig über ein Bypassventil BPV, welches in der Abgasrückführleitung AGR angeordnet ist, in die Abgasrückführleitung AGR mündet. Das Bypassventil BPV ist abströmseitig des Reaktors R und zuströmseitig des Abgaskühlers AGK in der Abgasrückführleitung AGR angeordnet. Auf diese Weise kann Abgas über die Abgasrückführleitung aus der Abgasleitung abgezweigt werden, und zwar zuströmseitig der Turbineneinheit TE als auch über die Abgasbypassleitung AGBP abströmseitig der Turbineneinheit TE. In einem anderen Betriebszustand wird die Abgasrückführleitung AGR aus der Abgasleitung AG zuströmseitig der Turbineneinheit TE abgezweigt und dient zur Erwärmung bzw. der Beheizung des Reaktors R. Das rückgeführte Abgas soll aber nicht durch den Abgaskühler AGK strömen und wird deshalb über das Bypassventil BPV über die Abgasbypassleitung AGBP abströmseitig der Turbineneinheit TE wieder der Abgasleitung AG zugeführt.
  • In 1a bis 15 erfolgt in dem Reaktor insbesondere eine Hydrolysereaktion, in der die flüssige Harnstofflösung in Ammoniakgas überführt wird. Wenn die Abgasrückführung als Hochdruckabgasrückführung erfolgt, ergibt sich der Vorteil, dass höhere Temperaturen und Drücke auf der Abgasseite zur Verfügung stehen. Bei der Hochdruckabgasrückführung ist der Reaktor in der Abgasrückführleitung AGR angeordnet oder hochdruckseitig, d. h. zuströmseitig der Turbineneinheit TE in der Abgasleitung AG. Die höheren Temperaturen und die höheren Drücke verkürzen die Reaktionszeit. Ferner ist durch die im Wesentlichen unmittelbar benachbarte Anordnung des Reaktors im Bereich des Abgaskrümmers die Reaktionszeit zwischen dem Bedarf an Ammoniakgas zur Stickoxidreduktion und der Erzeugung des Ammoniakgases verringert, insbesondere minimiert. Auf diese Weise lässt sich besonders vorteilhaft der Aufwand bzw. der Bauraum für eine Zwischenspeicherung verringern bzw. gänzlich vermeiden. Besonders vorteilhaft kann nur eine schnelle Reaktionszeit, insbesondere einem schnellen Ansprechverhalten der Speicherbehälter, insbesondere der Druckbehälter, eingespart oder verkleinert werden. Auf diese Weise kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Speicherbehälter wie beispielsweise der Druckbehälter AGS in den Reaktor integriert werden. Die Ummantelung zur Wärmeisolierung und/oder die Anordnung der Ableitung zumindest abschnittsweise in der Abgasleitung verhindert ein Kondensieren des Ammoniakgases, da eine Kondensation die Dosierung erschweren würde.
  • Die in den 8, 9 sowie 11 bis 15 offenbarten Systeme sollten derart geregelt werden, dass die durch die Abgasrückführung erreichten NOx-Rohemissionen mit der Erzeugungsrate des Ammoniakgases, welches im Reaktor erzeugt wird, im Wesentlichen korrelieren, da insbesondere die mögliche Menge des produzierten Ammoniakgases mit der zur Verfügung stehenden Wärmemenge und damit mit der Rückführrate des Abgases zusammenhängt.
  • Bei einer Abnahme der Abgasrückführrate steigen die NOx-Rohemissionen und damit der Bedarf an Ammoniakgas bzw. Ammoniakwasser bzw. Ammoniak für die Reduktion des Stickoxids. Bei einer zu kleinen Abgasrückführrate reicht die für die Reaktion erforderliche Temperatur und die dazu erforderliche Wärmemenge der Abgasrückführung nicht aus, um eine ausreichende Menge an Ammoniakgas bzw. Ammoniak bzw. Ammoniakwasser zu erzeugen.
  • Bei höherer Abgasrückführrate sinkt die NOx-Rohemission und damit der Bedarf an Ammoniak, insbesondere Ammoniakgas. Es wird weniger Ammoniak angefordert als der Reaktor zeugen kann.
  • Ein Regelungsverfahren mit hohen Abgasrückführraten ist vorteilhaft, wenn der Harnstoffverbrauch reduziert werden soll, beispielsweise um längere Tankintervalle zu ermöglichen. Insbesondere in Regionen mit geringer Infrastruktur für Harnstoff ist dies vorteilhaft. Bei diesem Regelungsverfahren muss die Fördermenge der Pumpe entsprechend abgeregelt werden, um einen zu hohen Druckanstieg im Reaktor zu vermeiden.
  • Der Verbrauch an Kraftstoff wie beispielsweise Diesel oder eines anderen Kraftstoffs wie beispielsweise Benzin steht mit der Abgasrückführrate in einem nicht linearen Zusammenhang. Der Harnstoffbedarf zur Stickoxidreduzierung steigt im Wesentlichen linear mit den NOx-Rohemissionen. Daraus ergibt sich für jeden Betriebspunkt eine betriebskostenoptimale Regelung, die ein Minimum der Kosten für Kraftstoff wie beispielsweise Diesel und die Harnstofflösung erzielt. In diesem Regelungsverfahren ist die Produktionsrate des Reaktors zur Erzeugung von Ammoniak ein Einflussfaktor.
  • Ferner kann in einer Weiterbildung der Regelung bzw. des Regelungsverfahrens auch der Einfluss klimatischer Randbedingungen oder der Zustand des Kühlsystems sich als Einflussfaktor auswirken. Beispielsweise bei niedrigen Außentemperaturen, in denen sich niedrige Abgastemperaturen einstellen oder in der Warmlaufphase, in der der Verbrennungsmotor warmläuft, sind die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, beispielsweise die Katalysatoren, noch kalt. In diesem Betriebszustand kann die Regelung derart erfolgen, dass mit höheren Abgasrückführraten gefahren wird. Bei hohen Umgebungstemperaturen und in Betriebszuständen, in denen das Kühlsystem stark belastet ist wie beispielsweise bei Bergfahrt oder Volllast erfolgt die Regelung derart, dass die Abgasrückführraten reduziert werden und mit einer höheren Ammoniakproduktion die erhöhten Stickoxidemissionen vermieden bzw. reduziert werden. Auch bei diesem Regelungsverfahren ist die Produktionsrate des Reaktors zur Ammoniakgaserzeugung ein Einflussfaktor.
  • Die Regelung erfolgt derart, dass über Vorsteuerkennfelder oder modellgestützt eine Regelung erfolgt. Das Kennfeld bzw. das Modell ist derart ausgelegt, dass eine verbrauchsoptimale Kombination von Abgasrückführung, d. h. Abgasrückführrate und Reduktion mittels des SCR-Verfahrens, insbesondere der Ammoniakbedarf, in den Kennfeldern als Einflussfaktoren berücksichtigt werden. In einer weiteren Ausbildung eines Kennfelds oder eines Modells zur Regelung des Systems besteht ein Zusammenhang zwischen der Produktionsrate des Reaktors in Abhängigkeit von der Abgasrückführrate und der Abgastemperatur. Dies wird als Randbedingung bei der endgültigen Festlegung der Abgasrückführrate und damit des verbleibenden Bedarfs zur Stickoxidreduzierung berücksichtigt. Diese Kennfelder oder Modelle können auch bei den erstgenannten Kennfeldern integriert sein bzw. darin berücksichtigt werden.
  • Die Kennfelder und Modelle basieren auf den Motorbetriebspunkten. Insbesondere gehen die Motordrehzahl, die Motorlast, die durch das Drehmoment, den Mitteldruck und/oder die Leistung definiert wird, als Einflussgrößen ein.
  • Ferner wird bei den Kennfeldern bzw. Modellen auch die Umgebungstemperatur, die Saugrohrtemperatur, die Abgastemperatur zuströmseitig der Turbine des Turboladers als auch die Abgastemperatur abströmseitig der Turbine des Turboladers sowie die Temperatur des rückgeführten Abgases vor dem Abgaskühler als auch die Temperatur des rückgeführten Abgases abströmseitig des Abgaskühlers und die Temperatur zuströmseitig des SCR-Katalysators zur Abgasnachbehandlung als Einflussgrößen berücksichtigt. Ferner können zusätzliche Einflussgrößen die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels des Motorkühlkreislaufs und die Drehzahl des Kühllüfters als Einflussgrößen in die Modelle bzw. Kennfelder eingehen. Auf diese Weise können durch Korrektur der unter Standardbedingung ermittelten idealen Regelstrategie vorteilhafte Regelkonzepte ermittelt werden. Insbesondere kann bei noch kalten Katalysatoren die Abgasnachbehandlung beispielsweise im Startbetrieb mit höheren als den verbrauchsoptimalen AG-Raten gefahren werden, da die Nachbehandlung zur Stickoxidreduktion noch einen niedrigen Wirkungsgrad aufweist.
  • Bei hohen Kühlmitteltemperaturen kann die Abgasrückführrate unter den verbrauchsoptimalen Wert gesenkt werden, um das Kühlsystem zu entlasten und damit den Motor vor zu hohen Temperaturen zu schützen und/oder eine zu hohe Zunahme der Lüfterleistung zu vermeiden.
  • Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft auch die Leistungsaufnahmen des Lüfters als Einflussgröße im Kennfeld oder Modell hinterlegt sein, so dass die Motorsteuerung den optimalen Verbrauch aus Motorwirkungsgrad, insbesondere Abgasrückführrate, Harnstoffverbrauch und Lüfteraufnahmeleistung ermitteln kann.
  • Die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar. Die Erfindung ist auch für andere als die gezeigten Gebiete einsetzbar.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2006/087555 [0011]
    • - WO 2006/087553 [0012, 0012]
    • - WO 2006/087541 [0013]
    • - WO 2006/087551 [0014]

Claims (40)

  1. Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs zur Rückführung von Abgas zum Verbrennungsmotor aufweisend – zumindest einen ersten Strömungskanal (2) zur Durchströmung mit zumindest einem ersten Fluid zur Kühlung, – zumindest einen zweiten Strömungskanal (3) zur Durchströmung mit einem zweiten zu kühlenden Fluid, – zumindest ein Gehäuse (4) zur Aufnahme des zumindest einen ersten Strömungskanals (2) und des zumindest einen zweiten Strömungskanals (3), wobei das Gehäuse (4) zumindest einen Einströmabschnitt (5) zur Einströmung des zweiten Fluids (3) in den Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) und zumindest einen Ausströmabschnitt (6) zum Ausströmen des zweiten Fluids (3) aus dem Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) zumindest eine Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas aufweist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) zumindest abschnittsweise oder vollständig in dem Einströmabschnitt (5) und/oder in dem Ausströmabschnitt (6) angeordnet ist.
  3. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmabschnitt (5) ein Eintrittsdiffusor (5) und/oder der Ausströmabschnitt (6) eine Austrittsdüse (6) ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein trennwandartiges Element (32, 41) den Einströmabschnitt (5) in einen ersten Einströmabschnittteilraum (33) und zumindest einen weiteren zweiten Einströmabschnittteilraum (34) und/oder den Ausströmabschnitt (6) in einen ersten Ausströmabschnittteilraum und zumindest einen weiteren zweiten Ausströmabschnittteilraum aufteilt.
  5. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (30, 40), insbesondere im Einströmabschnitt (5) und/oder im Austrittsströmabschnitt (6), zumindest ein Regelorgan (31, BPV) aufweist zum wahlweisen Bypassen von zweitem Medium zur Umgehung der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) und/oder zur Regelung der Abgasmenge.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (31, BPV) ein Bypassventil, insbesondere eine Bypassklappe, und/oder ein Abgasrückführventil zur Regelung der Abgasrückführrate ist.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelorgan (31, BPV) zuströmseitig vor dem trennwandartigen Element (32, 41) angeordnet ist.
  8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) erste Rippenelemente (53, 73, 83) zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Medium und der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) aufweist, wobei die ersten Rippenelemente (53, 73, 83) zumindest abschnittsweise in dem Einströmabschnitt (5) und/oder in dem Ausströmabschnitt (6) angeordnet sind.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittsdiffussor (5) und die ersten Rippenelemente (53, 73, 83) und/oder der Austrittsdiffussor (6) und die ersten Rippenelemente (53, 73, 83) eine Baueinheit bilden.
  10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (3) Rohre (8), insbesondere im Wesentlichen rechteckförmige Flachrohre, sind, die insbesondere turbulenzerzeugende Elemente (9, 10, 11, 12) aufweisen, und in zumindest einem Rohrboden (7) zumindest abschnittsweise aufgenommen sind.
  11. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Strömungskanäle (3) durch übereinander gestapelte Scheibenelemente gebildet sind, die insbesondere turbulenzerzeugende Elemente (9, 10, 11, 12) aufweisen.
  12. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) und zumindest ein weiterer mit dem ersten Medium durchströmbarer zweiter Wärmetauscher (21, 91) zur Vorwärmung von Harnstofflösung für die Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) eine Baueinheit bilden, insbesondere wobei der zweite Wärmetauscher (21, 91) in einer Strömungsrichtung (AE) des ersten Fluids gesehen zuströmseitig des Wärmetauschers (1, 20, 30, 40, AGK) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest Ammoniakgas, insbesondere eines Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend – zumindest eine Verteilkammer (VT) zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme von flüssiger Harnstofflösung – zumindest einen dritten Strömungskanal (SK3) zur Durchströmung mit flüssiger Harnstofflösung und/oder zur Durchströmung mit zu mindest Ammoniakgas, wobei zumindest einer der dritten Strömungskanäle (SK3) in die Verteilkammer (VT) mündet und der zumindest eine dritte Strömungskanal (SK3) zumindest abschnittsweise mit rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotors beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine dritte Strömungskanal (SK3) im Wesentlichen einen ersten Winkel (α) mit einer Abgasströmungsrichtung (AE) von rückgeführtem Abgas aufweist, wobei der Winkel (α) Werte von 0° bis 90°, insbesondere 60° bis 90°, annimmt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) zumindest eine Sammelkammer zum Sammeln von zumindest Ammoniakgas aufweist, wobei zumindest ein dritter Strömungskanal (SK3) in die Sammelkammer mündet.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine dritte Strömungskanal (SK3) rohrartig ausgebildet ist mit zumindest einer Rohrwand (55, 75, 85), die einen Strömungsraum (59, 69, 79, 89) umschließt zur Aufnahme von flüssiger Harnstofflösung und/oder von Ammoniakgas, wobei in dem Strömungsraum (59, 69, 79, 89) zumindest abschnittsweise zumindest ein zweites Rippenelement (54, 64, 74, 84) zur Wärmeübertragung zwischen Abgas und Harnstofflösung angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrwand (55, 75, 85) einteilig mit dem zumindest einen zweiten Rippenelement (54, 64, 74, 84) ausgebildet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zweite Rippenelement (54, 64, 74, 84) als Rippenkanal ausgebildet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rippenkanal schraubenförmig in einer Rohrlängsrichtung ausgebildet ist und eine Ganglänge (87) in einer Rohrlängsrichtung aufweist.
  19. System zur Abgaskühlung von rückgeführtem Abgas für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs und/oder zur Reduzierung des NOx-Anteils von an die Umgebung abgeführtem Abgas eines Verbrennungsmotors (M) eines Kraftfahrzeugs, aufweisend – zumindest einen Verbrennungsmotor (M) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs – zumindest eine Abgasleitung (AG), die mit dem Verbrennungsmotor (M) strömungsmäßig verbunden ist zur Abführung von Abgas des Verbrennungsmotors (M) an die Umgebung – zumindest eine Ansaugluftleitung (LL), die strömungsmäßig mit dem Verbrennungsmotor (M) verbunden ist zur Zuführung von Luft aus der Umgebung zum Verbrennungsmotor (M) – zumindest eine Abgasrückführleitung (AGR) zur Rückführung von Abgas, gekühlt und/oder ungekühlt, zum Verbrennungsmotor (M), wobei die Abgasrückführleitung (AGR) aus der Abgasleitung (AG) abzweigt und in die Ansaugleitung (LL) mündet – zumindest ein Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12, zur Kühlung von rückgeführtem Abgas, der in der Abgasrückführleitung (AGR) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasrückführleitung (AGR) eine Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5) zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak angeordnet ist.
  20. System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100, 200, 400, 500, 600, 700, 800) zumindest einen Harnstofftank (HS) zur Bevorratung von flüssiger Harnstofflösung und eine Harnstoffleitung (HL) zur Beströmung der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), insbesondere des Reaktors, mit flüssigem Harnstoff vom Harnstofftank (HS), wobei in der Harnstoffleitung (HL) eine Harnstoffpumpe (HP) angeordnet ist zum Pumpen des Harnstoffs in die Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5).
  21. System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Harnstoffbypassleitung (HBPL) die Harnstoffpumpe (HP) umgeht, wobei in der Harnstoffbypassleitung (HBPL) zumindest ein Harnstoffwärmetauscher (HK) zum Kühlen und/oder zum Beheizen der Harnstofflösung und zumindest ein erstes Überdruckventil (ÜV) angeordnet sind.
  22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Harnstoffbypassleitung (HBPL) an einer Abzweigstelle aus der Harnstoffleitung (HL) abzweigt, wobei zuströmseitig der Abzweigstelle ein Harnstoffregelventil (RV) angeordnet ist.
  23. System nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100, 200, 400, 500, 600, 700, 800) eine Ableitung (AL) mit einer Einmündungsstelle (ES) aufweist zur Beströmung des Abgases, insbesondere der Abgasleitung, aus der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), insbesondere dem Reaktor, zumindest mit Ammoniakgas oder Ammoniakwasser.
  24. System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ableitung (AL) zumindest ein Druckregelventil (DRV) zur Regelung des Drucks in der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), insbesondere dem Reaktor, und/oder zumindest ein Drosselventil (DV) zur Eindosierung zumindest von Ammoniakgas und/oder Ammoniakwasser in die Abgasleitung (AG) angeordnet ist, wobei die Ableitung (AL) in die Abgasleitung (AG) mündet.
  25. System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil abströmseitig der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), insbesondere des Reaktors, und/oder zuströmseitig des Drosselventils (DV) in der Ableitung (AL) angeordnet ist.
  26. System nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherbehälter (AGS), insbesondere ein beheizbarer Speicherbehälter, zum Speichern von zumindest Ammoniakgas in der Ableitung (AL) angeordnet ist.
  27. System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbehälter (AGS) abströmseitig des Druckregelventils (DRV) und zuströmseitig des Drosselventils (DV) angeordnet ist.
  28. System nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (AL) zumindest abschnittsweise als Speicherbehälter (401) ausgebildet ist.
  29. System nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (AL) zumindest abschnittsweise, insbesondere in einem Speicherbereichsabschnitt (401), mit Isoliermaterial (WI), insbesondere zur Wärmeisolierung, umgeben ist.
  30. System nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ableitung (AL) vor einer Einmündung (ES) in die Abgasleitung (AG) zumindest abschnittsweise in der Abgasleitung (AG) verläuft.
  31. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100, 200, 400, 500, 600, 700, 800) zumindest einen Oxidationskatalysator (DOC) und/oder zumindest einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweist, insbesondere wobei der Dieselpartikelfilter (DPF) abströmseitig des Oxidationskatalysators (DOC) angeordnet ist.
  32. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100, 200, 400, 500, 600, 700, 800) zumindest einen SCR-Katalysator (SCRK) zur Verringerung des NOx-Anteils im Abgas und/oder zumindest einen Sperrkatalysator (Sperr-Kat) abströmseitig des SCR-Katalysators (SCRK) angeordnet ist.
  33. System nach einem der Ansprüche 23 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmündungsstelle (ES) abströmseitig des Dieselpartikelfilters (DPF) und/oder zuströmseitig des SCR-Katalysators (SCRK) angeordnet ist.
  34. System nach einem der Ansprüche 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Anbaueinheit (701) aufweist, die an der Abgasleitung (AG) befestigbar, insbesondere anflanschbar, ist, wobei der SCR-Katalysator (SCRK) und/oder der Dieselpartikelfilter (DPF) in der Anbaueinheit (701) angeordnet sind.
  35. System nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (DOC) und/oder der Sperrkatalysator (Sperr-Kat) in der Anbaueinheit (701) angeordnet sind.
  36. System nach einem der Ansprüche 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmündungsstelle der Ableitung (AL) in der Anbaueinheit (701) angeordnet ist.
  37. System nach einem der Ansprüche 23 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das System (100, 200, 400, 500, 600, 700, 800) eine Turbineneinheit (TE) für einen Abgasturbolader (ATL) aufweist, wobei die Einmündungsstelle (ES) zuströmseitig oder abströmseitig der Turbineneinheit (TE) angeordnet ist.
  38. System nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasbypassleitung (AGBP) zuströmseitig des Wärmetauschers zur Abgaskühlung (1, 20, 30, 40, AGK), insbesondere abströmseitig der Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), aus der Abgasrückführleitung (AGR) abzweigt und in die Abgasleitung (AG) abströmseitig der Turbineneinheit (TE) mündet.
  39. Verfahren zur Rückführung von Abgas zu einem Verbrennungsmotor (M) und zur Stickoxidreduzierung von an die Umgebung abgegebenem Abgas aufweisend folgende Verfahrensschritte: – ein Teil des Abgases wird aus einer Abgasleitung (AG) abgezweigt und strömt in einer Abgasrückführleitung (AGR); – das rückgeführte Abgas strömt an einer Vorrichtung (R, R1, R2, R3, R4, R5), insbesondere nach einem der Ansprüche 13 bis 38, vorbei und erwärmt flüssigen Harnstoff, so dass dieser zumindest in Ammoniakgas überführt wird; – anschließend durchströmt das rückgeführte Abgas einen Wärmetauscher (1, 20, 30, 40, AGK) zur Abgaskühlung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
  40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass Ammoniakgas in das Abgas abströmseitig der Turbineneinheit (TE) eingeleitet wird, so dass in einem SCR-Katalysator zumindest ein Stickoxidanteil des Abgases reduziert wird.
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