DE102016114283A1

DE102016114283A1 - Abgasnachbehandlungsanordnung

Info

Publication number: DE102016114283A1
Application number: DE102016114283.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias König; Lars Landermann; Eugen LEWIN; Elmar Grussmann
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsanordnung (1) an einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend zwei in Abgasströmungsrichtung aufeinander folgend angeordnete Abgasnachbehandlungskomponenten, wobei die Längsachsen beider Abgasnachbehandlungskomponenten in einem Winkel von 30 bis 150 Grad zueinander angeordnet verlaufen, wobei zwischen einer Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und einem Gehäuse der Abgasnachbehandlungsanordnung ein Strömungskanal ausgebildet ist und das Abgas nach Durchströmen der ersten Abgasnachbehandlungskomponente umgelenkt wird, wobei zumindest teilweise das Abgas durch den Strömungskanal geführt wird, bevor es in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente einströmt, welche sich dadurch auszeichnet, dass im Bereich des Strömungskanals ein Injektor zum Eindüsen eines Reduktionsmittels in den Strömungskanal vorgesehen ist, wobei die zweite Abgasnachbehandlungskomponente ein SCR Katalysator ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsanordnung an einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
In Kraftfahrzeugen werden Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt, um die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie durch den Verbrennungsprozess in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeuges zu wandeln. Dabei werden bedingt durch den ideellen Carnot-Prozess ca. 40 % der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Bewegungsenergie umgewandelt, die restliche im Kraftstoff enthaltene Energie wird in Wärme umgewandelt und es entstehen beim Verbrennungsprozess Abgase.
Diese Abgase weisen unter anderem Stickoxide auf (NO, NO2). Aus dem Stand der Technik hat sich in den letzten Jahren insbesondere auch im Automobilbau die Selektive Katalytische Reduktion (SCR) etabliert, bei welcher ein Reduktionsmittel dem Abgas zugemischt wird und dabei selektiv Stickoxide reduziert werden und unerwünschte Nebenreaktionen wie Oxidation von Schwefeldioxid zu Schwefeltrioxid unterdrückt werden.
Als Reduktionsmittel wird Ammoniak verwendet. Im Kraftfahrzeugbau wird dies als wässrige Harnstofflösung bereitgestellt und ist unter anderem unter der eingetragenen Marke AdBlue bekannt. Insbesondere ist es Ziel, durch die Selektive Katalytische Reduktion, welche auch als Harnstoffeinspritzung bekannt ist, bei Dieselmotoren die Stickoxidemission zu senken.
Das dem Abgasstrom beigemischte Reduktionsmittel muss mit den Abgasen durchmischt werden. Das Reduktionsmittel selbst wird oftmals mit einem Injektor in den Abgasstrom eingespritzt bzw. eingedüst. Nach der Durchmischung des Abgasstroms mit dem Reduktionsmittel tritt dieser dann in einen in Strömungsrichtung nachfolgenden SCR-Katalysator ein.
Der Stelle der Injektion des Abgasstromes mit dem Reduktionsmittel ist zumeist noch ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet.
Um zukünftige NOx Abgasgesetzgebungen zu erfüllen, wird eine möglichst hohe Effektivität bzgl. der NOx Konvertierung angestrebt. Aufgrund der in Motornähe meist sehr beengten Bauraumverhältnisse sind möglichst kompakte Konstruktionen der Abgasnachbehandlungsstrecke erforderlich.
So ist beispielsweise aus der DE 10 2015 107 083 A1 eine Abgasnachbehandlungsanordnung bekannt, bei der zwei Abgasnachbehandlungskomponenten in kompakter Weise unter Berücksichtigung des Bauraums zueinander angeordnet sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasnachbehandlungsanordnung bereitzustellen, die kompakte Bauraumabmessungen, zugleich jedoch die Möglichkeit der selektiven katalytischen Reduktion mit optimalem Wirkungsgrad bietet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die Abgasnachbehandlungsanordnung ist für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges vorgesehen und weist mindestens zwei in Abgasströmungsrichtung aufeinander folgend angeordnete Abgasnachbehandlungskomponenten auf. Die Längsachsen dieser zwei Abgasnachbehandlungskomponenten sind in einem Winkel von 30° bis 150°, bevorzugt 70° bis 110° zueinander verlaufend angeordnet. Vorteilhafterweise ist die zweite Abgasnachbehandlungskomponente bereichsweise von der ersten Abgasnachbehandlungskomponente überdeckt bzw. übergriffen. Bevorzugt sind mindestens 35%, insbesondere mehr als 50% der Querschnittsfläche der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente von einer Projektion entlang der Längsrichtung der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente von der ersten Abgasnachbehandlungskomponente überdeckt. Hierdurch wird eine besonders kompakte Anordnung der zwei Abgasnachbehandlungskomponenten zueinander ermöglicht.
Ferner ist vorgesehen, dass zwischen einer Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und einem Gehäuse der Abgasnachbehandlungsanordnung ein Strömungskanal ausgebildet ist und das Abgas nach Durchströmen der ersten Abgasnachbehandlungskomponente umgelenkt wird. Die Umlenkung erfolgt insbesondere um ca. 180°. Dabei wird zumindest teilweise das Abgas bevorzugt mehr als 80%, insbesondere mehr als 90% des Abgases durch den Strömungskanal geführt. Es umströmt somit die Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente, bevor es in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente einströmt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Bereich des Strömungskanals, der zwischen Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und dem Gehäuse der Abgasnachbehandlungsanordnung ausgebildet ist, ein Injektor zum Eindüsen eines Reduktionsmittels in den Strömungskanal angeordnet ist. Die zweite Abgasnachbehandlungskomponente ist erfindungsgemäß ein SCR-Katalysator. Der SCR-Katalysator kann auch als SCR-Filter bezeichnet werden.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Abgasnachbehandlungskomponenten zueinander ist es somit möglich, eine kompakte Bauraumabmessung zu ermöglichen. Die gesamte Abgasnachbehandlungsanordnung kann somit möglichst motornah an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden. Die Arbeitstemperaturen des SCR-Katalysators sind aufgrund der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine schneller erreicht, wodurch dessen Wirkungsgrad gesteigert wird.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Strömungskanals um die Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente sowie die vorherige Umlenkung der Abgasströmung wird es trotz des kompakten Bauraumes weiterhin ermöglicht, eine homogene und gute Durchmischung von eingedüstem Reduktionsmittel und strömendem Abgas zu erreichen. Insbesondere wird eine hinreichend lange Mischstrecke durch den Strömungskanal bereitgestellt, ohne dass die Abgasnachbehandlungskomponenten örtlich weit entfernt auseinanderliegen. Dies wird dadurch realisiert, dass eine Mischstrecke bereits in dem Strömungskanal um die Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente herum ausgebildet ist.
Die erste Abgasnachbehandlungskomponente ist als Oxidationsfilter ausgebildet. Insbesondere ist die Verbrennungskraftmaschine eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, bevorzugt ein Dieselmotor. Der Oxidationsfilter ist in diesem Falle als Dieseloxidationsfilter ausgebildet, bevorzugt als Metall-Wickel-Katalysator.
Der Strömungskanal, der die Außenmantelfläche, insbesondere die zylindrische Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente, zumindest teilweise umgreift, ist insbesondere diese flächig umgreifend ausgebildet. Ein Großteil, insbesondere mehr als 50%, der Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskompontente ist zu einer Innenmantelfläche des Gehäuses beabstandet, so dass dazwischen der flächige Strömungskanal ausgebildet ist. In Abgasströmungsrichtung folgend ist ein Teil der Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente nicht unmittelbar beabstandet zu dem Gehäuse ausgebildet. Dieser Teil der Außenmantelfläche ist in Richtung zu der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente orientiert angeordnet. Bevorzugt sind mehr als 60%, insbesondere mehr als 70%, der Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente eine Seite des flächigen Strömungskanals ausbildend.
Der Teilstrom des Abgases, der durch den Strömungskanal fließt, weist insbesondere aufgrund der zuvor erfolgten Umlenkung nach Passieren der ersten Abgasnachbehandlungskomponente eine turbulente Strömung auf. Diese Turbulenz der Strömung verbessert die Durchmischung mit dem eingedüsten Reduktionsmittel. Bevorzugt wird der gesamte Abgasstrom durch den Strömungskanal geführt.
Der Injektor ist insbesondere auf der der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente gegenüberliegende Seite an der ersten Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet. Das eingedüste Injektionsmittel legt somit noch einen weitest möglichen Weg durch den Strömungskanal zurück. Die Mischstrecke von Abgas- und Reduktionsmittel wird somit maximal ausgenutzt.
Weiterhin besonders bevorzugt ist in dem Strömungskanal ein Drallelement und/oder Prallelement angeordnet. Das Drallelement kann entweder derart ausgebildet sein, dass eine zusätzliche Drallbewegung bzw. Turbulenz in dem strömenden Abgas erzeugt wird. Das Drallelement kann auch derart ausgebildet sein, dass das eingedüste Reduktionsmittel mit einem Drall- bzw. einer Turbulenz versetzt wird. Es kann auch ein separates Prallelement angeordnet sein oder das Drallelement kann kombiniert werden mit dem Prallelement.
Bei dem Prallelement prallt zunächst das eingedüste Reduktionsmittel auf. Es entstehen somit noch kleinere Tropfen und dadurch eine bessere Durchmischung mit dem strömenden Abgas. Es findet also an einem Prallelement ein Tropfenaufbruch statt.
Weiterhin besonders bevorzugt ist der Injektor in einem derartigen Winkel an dem Gehäuse der Abgasnachbehandlungsanordnung angeordnet, dass das eingedüste Injektionsmittel in einer tangentialen Richtung zu der Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente in den Strömungskanal eingedüst wird. Das Injektionsmittel wird bevorzugt mit der Abgasströmungsrichtung in den Strömungskanal eingedüst.
Eine alternative Ausgestaltungsvariante sieht vor, dass das Injektionsmittel entgegen der Abgasströmungsrichtung eingedüst wird. Alternativ oder ergänzend kann das Injektionsmittel auch auf die Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente aufgedüst werden, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, so dass es hiervon abprallt und auch hier ein Tropfenaufbruch erfolgt.
Wiederum alternativ oder ergänzend ist ein Umlenkelement in dem Strömungskanal vorgesehen. Das eingedüste Reduktionsmittel kann somit teilweise in eine entgegengesetzte tangentiale Richtung umgelenkt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente beidseitig an ihrer Außenmantelfläche nicht nur von dem strömenden Abgas, sondern auch von dem eingedüsten Reduktionsmittel umströmt wird.
Weiterhin erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Strömungskanal in einen Überführungskanal übergeht. Der Überführungskanal verbindet die erste Abgasnachbehandlungskomponente und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente miteinander fluidleitend.
In dem Überführungskanal ist ferner bevorzugt ein Drallelement und/oder ein Prallelement angeordnet. Auch hierdurch kann das bereits mit Reduktionsmittel vermischte, strömende Abgas nochmals in eine Drallbewegung zur besseren Durchmischung versetzt werden. Ferner kann ein zusätzliches Prallelement vorgesehen sein, so dass noch enthaltene größere Tröpfchen des im Abgas mitströmenden Reduktionsmittels nochmals einen Tropfenaufbruch erfahren und eine bessere Durchmischung mit dem Abgas gegeben ist.
Bevorzugt ist das Drallelement und/oder Prallelement in dem Überführungskanal mit der Außenmantelfläche der ersten Abgasnachbehandlungskomponente gekoppelt. In Bezug auf die Strömungsrichtung sowie den Überführungskanal ist es somit möglich, dass das Drallelement und/oder Prallelement, außer mit der Koppelseite zur ersten Abgasnachbehandlungskomponente, ansonsten frei im Überführungskanal hängend angeordnet ist.
Weiterhin besonders bevorzugt ist das Drallelement als Leitelement bzw. Drallschaufel ausgebildet. Das Leitelement, oder auch Leitschaufel, ist derart ausgebildet, dass die Strömungsstrecke von Abgas- und Reduktionsmittel vor Eintritt in den SCR-Katalysator nochmals verlängert wird. Ein längerer Zeitraum zur Durchmischung von strömendem Abgas und Reduktionsmittel ist somit gegeben, sowie ein zusätzlicher Drall, bzw. Rotation, wird erzeugt, weshalb auch die Durchmischung verbessert ist.
Weiterhin besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die beiden Längsachsen der Abgasnachbehandlungskomponenten in einem Winkel von 80° bis 100°, insbesondere von 85° bis 95° und bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind. Weiterhin besonders bevorzugt ist eine Querschnittsfläche der zweiten Abgasbehandlungskomponenten von einer Projektion der ersten Abgasnachbehandlungskomponente auf diese Querschnittsfläche zu mehr als 60%, insbesondere mehr als 70% bevorzugt mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90% und ganz besonders bevorzugt vollständig überdeckt.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung,
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung,
3 einen Teilschnitt durch die Abgasnachbehandlungsanordnung,
4 die Abgasnachbehandlungsanordnung gemäß 1 in anderer perspektivischer Ansicht,
5 und 6 Strömungsbilder durch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung,
7 und 8 eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante der erfindungsmäßen Abgasnachbehandlungsanordnung in Teilschnittansicht sowie Explosivdarstellung,
9 und 10 Schnittansichten gemäß der Schnittlinien von 4,
11 verschiedene mögliche Lagen des Injektors in Bezug auf die Längsachse der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und
12 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie B-B aus 4.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung 1. Diese weist ein äußeres Gehäuse 2 auf. In dem Gehäuse 2 angeordnet ist eine erste Abgasnachbehandlungskomponente 3 und eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente 4. Erfindungsgemäß ist ein Injektor 5 vorgesehen, wobei der Injektor 5 ein in 1 nicht näher dargestelltes Reduktionsmittel eindüst bzw. einspritzt, welches sich mit dem strömenden Abgas A vermischt.
2 zeigt die Abgasnachbehandlungsanordnung 1 in einer Längsschnittansicht und 3 in einer perspektivischen Schnittansicht. Das Abgas A strömt über einen Eintrittsbereich 6 in die erste Abgasnachbehandlungskomponente 3 ein. Der Eintrittsbereich 6 weitet sich trichterförmig auf. Die erste Abgasnachbehandlungskomponente 3 ist beispielsweise ein Oxidationsfilter. Die erste Abgasnachbehandlungskomponente 3 weist ein diese ummantelndes Gehäuse 7 auf. Das Gehäuse 7 besitzt eine Außenmantelfläche 8. Das Abgas durchströmt die erste Abgasnachbehandlungskomponente 3. An der dem Eintrittsbereich 6 gegenüberliegenden Seite S der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 ist ein Umlenkblech 9 angeordnet. Das Umlenkblech 9 erzeugt eine im Wesentlichen 180° Umlenkung des strömenden Abgases A. Insbesondere ein auf die Bildebene dargestellter nach oben strömender Teil des Abgases A sowie nicht näher dargestellte seitliche strömende Abgase überströmen die Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3.
Zwischen dem äußeren Gehäuse 2 der Abgasnachbehandlungsanordnung 1 und der Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 ist hierzu ein Strömungskanal 10 ausgebildet. Der nach oben bzw. an den Seiten umgelenkte Teilstrom des Abgases A durchströmt diesen Strömungskanal 10. Ferner ist der Injektor 5 derart angeordnet, dass ein in 3 angedeutetes eingedüstes Reduktionsmittel 11 ebenfalls in den Strömungskanal 10 strömt und sich dabei mit dem im Strömungskanal 10 strömenden Teilstrom des Abgases A vermischt.
Bevorzugt ist weiterhin gemäß 4 dargestellt das Gehäuse 2 der Abgasnachbehandlungsanordnung 1 im Bereich der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 zweischalig mithin als Schalenbauteil ausgebildet. Ein Einspritzkanal 12 ist nach außen gewölbt und steht gegenüber dem Gehäuse 2 optional mit einem Überstand 19 (vgl. 10) über. Der eingedüste Strom des Reduktionsmittels 11 wird dann durch den Einspritzkanal 12, insbesondere mit einem Drall, geführt. Der Einspritzkanal 12 ist bevorzugt direkt fluidleitend bzw. offen mit dem Strömungskanal 10 verbunden.
Ferner dargestellt ist die Anordnung, wonach die Längsachse L3 in einem Winkel α angeordnet ist zur Längsachse L4 der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 4. Bevorzugt ist der Winkel α zwischen 30° und 150° ausgebildet, ganz besonders bevorzugt beträgt dieser im Wesentlichen 90°. Eine Querschnittsfläche Q der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 4 ist somit besonders bevorzugt zu mindestens 50% von einer Projektion P der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 überdeckt. Bevorzugt sind mehr als 60%, insbesondere mehr als 70%, besonders bevorzugt mehr als 80% der Querschnittsfläche Q der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 4 von der Projektion P der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 überdeckt. Die Projektion P erfolgt in Richtung der Längsachse L4.
Der Strömungskanal 10 geht dann in einen Überführungskanal 13 über, welcher zugleich den Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 4 bildet. Der Überführungskanal 13 kann auch als Mischkanal bezeichnet werden. Hier findet nochmals eine Durchmischung von eingedüstem Reduktionsmittel 11 sowie strömenden Abgas A statt. Die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 4 ist bevorzugt ein SCR-Katalysator. Nach Durchströmen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 4 wird dann das Abgas A über ein Rohrstück 14 in einen weiteren nicht näher dargestellten Abgasstrang überführt. Beispielsweise können noch ein Dieselpartikelfilter oder weitere andere Abgasnachbehandlungskomponenten folgen.
5 und 6 zeigen ein Strömungsbild des strömenden Abgases A sowie des eingespritzten Reduktionsmittels 11. Gut zu erkennen ist, dass das Abgas A bezogen auf die Bildebene auf der linken Seite von 5 an einem angedeuteten Umlenkblech um ca. 180° allseitig umgelenkt wird, so dass es zumindest mit einem Teilstrom über die Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 geführt wird. Ferner wird das Reduktionsmittel 11 eingedüst. Im Bereich des Überführungskanals 13 tritt dann eine Durchmischung von Reduktionsmittel 11 und strömendem Abgas A ein. Im Strömungskanal 10 erfolgt bereits eine Durchmischung. Dieses kann dann in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 4 in einer annähernd homogen durchmischten Strömung eintreten. Durch die Ausführung des Strömungskanals 10 bildet sich ein Abgaswirbel, der sich positiv auf die Durchmischung mit dem Reduktionsmittel auswirkt.
7 und 8 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanordnung 1 in Teilschnitt- bzw. Explosivdarstellung. Hier ist dem Injektor 5 in Strömungsrichtung des eingedüsten Reduktionsmittels 11 nachgeschaltet ein Prallelement 15 angeordnet. Gegen dieses Prallelement 15 prallt das eingedüste Reduktionsmittel 11 und es erfolgt ein Tropfenaufbruch, so dass eine noch bessere Durchmischung mit dem nicht näher dargestellten strömenden Abgas erfolgt. Das Prallelement 15 kann auch als kombiniertes Drallelement ausgebildet sein, so dass eine zusätzliche Rotation der Strömung des eingedüsten Reduktionsmittels 11 erzeugt wird. Auch kann hier eine Strömungsumlenkung des eingedüsten Reduktionsmittels 11 derart erfolgen, dass ein erster Teilstrom auf die Bildebene von 7 bezogen rechtseitig über die Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 strömt und ein zweiter Teilstrom des eingedüsten Reduktionsmittels 11 linksseitig über die Außenmantelfläche 8 strömt.
Ferner dargestellt ist stromabwärts in Abgasströmungsrichtung ein Drallelement in Form eines Leitelements 18 ausgebildet. Das Leitelement 18 versetzt den das Leitelement 18 passierenden, mit Reduktionsmittel 11 angereicherten Abgasstrom in eine Drallbewegung und verlängert somit nochmals die Mischstrecke, so dass vor Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 4 eine homogenere Durchmischung von Abgas A und Reduktionsmittel 11 erfolgt. Dieses Leitelement 18 ist an der Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 gekoppelt. Sie liegt bzw. hängt somit im Überführungskanal 13. Das Leitelement 18 kann alternativ oder ergänzend auch in dem Gehäuse 2 oder an der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (4) gekoppelt sein.
9 zeigt eine schematische Schnittansicht gemäß C-C durch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung 1. Gut zu erkennen ist, dass mehr als 50% der Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 von dem Abgas A überströmt werden, mithin mehr als 50% der Außenmantelfläche 8 den Strömungskanal 10 zwischen Außenmantelfläche 8 und Gehäuse 2 ausbilden. Ein auf die Bildebene bezogener unterer Teil der Außenmantelfläche 8 liegt nicht direkt beabstandet zum Gehäuse 7. Der Injektor 5 ist dabei derart angeordnet, dass das eingedüste Reduktionsmittel 11 in Tangentialrichtung der Außenmantelfläche 8 in den Strömungskanal 10 eingedüst wird. Das Abgas A umströmt die Außenmantelfläche 8 beidseitig. Optional kann ein Umlenkelement 21 vorgesehen sein, welches das Reduktionsmittel 11 zumindest teilweise umlenkt, so dass die Außenmantelfläche 8 von beiden Seiten auch von dem Reduktionsmittel 11 umströmt wird.
10 zeigt eine Querschnittsansicht gemäß Schnittlinie B-B aus 4. Demnach ist der Strömungskanal 10 zwischen einer Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 und dem Gehäuse 2 bzw. einer Innenmantelfläche 16 des Gehäuses 2 ausgebildet. Ferner ist der Überstand 19 durch eine nach außen liegende Wulst bzw. Wölbung 17 ausgebildet. Durch diese Wölbung 17 ist ein Einspritzkanal 12 ausgebildet, in welchen das Reduktionsmittel eingedüst wird. Der Einspritzkanal 12 ist direkt und offen mit dem Strömungskanal 10 verbunden.
Gemäß 9 und 10 ist nochmal ersichtlich, dass der Strömungskanal 10 flächig zwischen der Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 und der Innenmantelfläche 16 des Gehäuses 2 einen Großteil der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 umgreifend ausgebildet ist.
11 zeigt weiterhin eine schematische Draufsicht der Relativposition von Injektor 5 und erster Abgasnachbehandlungskomponente 3 zueinander. Das Abgas A durchströmt dabei die erste Abgasnachbehandlungskomponente 3 und wird am Ende 20 durch das Umlenkblech 9 umgelenkt und in den Strömungskanal 10 überführt. Hierzu düst dann der Injektor 5 das Reduktionsmittel 11 in den Strömungskanal 10 ein. Der Injektor 5 düst dies, wie in 9 dargestellt, tangential zu der Außenmantelfläche 8 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 ein. Die Lage des Injektors 5 relativ zur Längsachse L3 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 kann in einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante mittig dargestellt so angeordnet sein, dass das Reduktionsmittel 11 orthogonal zur Längsachse L3 eingedüst wird. Es können jedoch auch, auf die Bildebene bezogen links und rechts dargestellt, jeweils Positionen für den Injektor 5 gewählt werden, so dass mit einem Winkel β von bis zu 30° eingedüst wird. Auf die Bildebene bezogen links dargestellt wird das Reduktionsmittel 11 in einem Winkel β bevorzugt von 30° bis 90°, insbesondere bei 30°, derart eingedüst, dass es im Wesentlichen mit der Strömungsrichtung des Abgases A strömend eingedüst wird. Bei dem Injektor 5, auf die Bildebene bezogen auf der rechten Seite, wird das Reduktionsmittel ebenfalls mit einem Winkel β zwischen 30° und 90°, bevorzugt bei 30° zu der Längsachse L3, derart eingedüst, dass es im Wesentlichen entgegen der Strömungsrichtung des Abgases A bzw. die Strömung des Abgases A schneidend eingedüst wird. Bevorzugt ist jedoch eine Winkellage des Injektors von 80° bis 100° zu der Längsachse L3 vorgesehen. Allen Winkellagen, dargestellt in der 11, gemein ist jedoch eine tangentiale Eindüsung, wie sie in 9 dargestellt ist bezogen auf die Außenmantelfläche 8. Bevorzugt ist der Injektor 5 in einem Winkel von 30° bis 50° zu der Längsachse L3 angeordnet.
12 zeigt eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie B-B aus 4. Zu erkennen ist das Abgas A, welches aus der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 3 austritt und umgelenkt wird, so dass es in den Strömungskanal 10 zwischen Außenmantelfläche 8 der Abgasnachbehandlungskomponente 3 und dem Gehäuse 2 eintritt. Der Strömungskanal 10 weitet sich dabei radial in Radialrichtung 23 auf. Das Abgas A bildet aufgrund der radialen Aufweitung einen ersten Abgaswirbel 24 aus sowie einen zweiten Abgaswirbel 25. Nicht näher dargestellt wird nunmehr im Bereich dieser Abgaswirbel, maßgeblich des ersten Abgaswirbels 24, ein Reduktionsmittel 11 in den Strömungskanal 10 eingedüst. Aufgrund der Abgaswirbel 24, 25 kommt zu einer besseren Durchmischung des Abgases A mit dem Reduktionsmittel 11.
Bezugszeichenliste

1: Abgasnachbehandlungsanordnung
2: Gehäuse
3: erste Abgasnachbehandlungskomponente
4: zweite Abgasnachbehandlungskomponente
5: Injektor
6: Eintrittsbereich
7: Gehäuse zu 3
8: Außenmantelfläche zu 7
9: Umlenkblech
10: Strömungskanal
11: Reduktionsmittel
12: Einspritzkanal
13: Überführungskanal
14: Rohrstück
15: Prallelement
16: Innenmantelfläche zu 2
17: Wölbung
18: Leitelement
19: Überstand
20: Ende zu 3
21: Umlenkelement
22: Axialrichtung
23: Radialrichtung
24: erster Abgaswirbel
25: zweiter Abgaswirbel
A: Abgas
L3: Längsachse zu 3
L4: Längsachse zu 4
P: Projektion
S: Seite
Q: Querschnittsfläche
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015107083 A1 [0008]

Claims

Abgasnachbehandlungsanordnung (1) an einer Verbrennungskraftmaschine, aufweisend zwei in Abgasströmungsrichtung aufeinander folgend angeordnete Abgasnachbehandlungskomponenten (3, 4), wobei die Längsachsen (L3, L4) beider Abgasnachbehandlungskomponenten (3, 4) in einem Winkel (α) von 30 bis 150 Grad zueinander angeordnet verlaufen, wobei zwischen einer Außenmantelfläche (8) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) und einem Gehäuse (2) der Abgasnachbehandlungsanordnung (1) ein Strömungskanal (10) ausgebildet ist und das Abgas (A) nach Durchströmen der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) umgelenkt wird, wobei zumindest teilweise das Abgas (A) durch den Strömungskanal (10) geführt wird, bevor es in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (4) einströmt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Strömungskanals (10) ein Injektor (5) zum Eindüsen eines Reduktionsmittels (11) in den Strömungskanal (10) vorgesehen ist, wobei die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (4) ein SCR Katalysator ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente (3) ein Oxidationsfilter, insbesondere Dieseloxidationsfilter, ist und/oder dass das umgelenkte Abgas (A) mindestens zu mehr als 80%, bevorzugt mehr als 90% und insbesondere vollständig durch den Strömungskanal (10) geführt ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (10) die Außenmantelfläche (8) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) flächig umgreifend ausgebildet ist, bevorzugt weist das Gehäuse (2) im Bereich des Strömungskanals (10) eine nach außen gerichtete Wölbung (17) auf, so dass ein Einspritzkanal ausgebildet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (5) auf der der zweiten Abgasnachbehandlungskopmonente (4) gegenüberliegenden Seite der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungskanal (10) ein Drallelement und/oder ein Prallelement (15) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor (5) in einem derartigen Winkel an dem Gehäuse (2) angeordnet ist, dass das eingedüste Reduktionsmittel (11) in einer tangentialen Richtung zu der Außenmantelfläche (8) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) in den Strömungskanal (10) und/oder Einspritzkanal (12) eingedüst wird und/oder dass der Injektor (5) in einem Winkel (β) von 30° bis 150° zu der Längsachse (L3) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkelement in dem Strömungskanal (10) vorgesehen ist, welches das eingedüste Reduktionsmittel (11) teilweise in eine entgegengesetzte tangentiale Richtung umlenkt, so dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente (3) beidseitig auch von dem Reduktionsmittel (11) umströmt wird und/oder dass ein Umlenkblech (9) an einem Ende (20) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) angeordnet ist, so dass das Abgas (A) umgelenkt wird und zumindest teilweise durch den Strömungskanal (10) geführt wird.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (10) in einen Überführungskanal (13) übergeht, wobei der Überführungskanal (13) die erste Abgasnachbehandlungskomponente (3) und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (4) miteinander fluidleitend verbindet.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Überführungskanal (13) ein Leitelement (18) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (18) an der Außenmantelfläche (8) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3), an dem Gehäuse (2) und/oder der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (4) gekoppelt ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement (18) die Strömungsstrecke von Abgas (A) und Reduktionsmittel (11) vor Eintritt in die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (4) verlängert.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Längsachsen (L3, L4) in einem Winkel (α) von 30 bis 150 Grad, insbesondere von 70 bis 110 Grad, besonders bevorzugt 85 bis 95 Grad und bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 35 %, bevorzugt mehr als 50 % der Querschnittsfläche (Q) der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (4) von der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (3) überdeckt sind.