DE102013111033B4

DE102013111033B4 - Verfahren und Vorrichtung für Thermomanagement einer Kfz-Abgasanlage

Info

Publication number: DE102013111033B4
Application number: DE102013111033.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Poppe
Original assignee: Witzenmann GmbH
Current assignee: Witzenmann GmbH
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2019-10-17
Anticipated expiration: 2033-10-05
Also published as: DE102013111033A1

Abstract

Verfahren für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (2), welche Abgasanlage ein Entkoppelelement (5', 5") mit einem flexiblen Leitungselement (5a) in Form eines Balgs und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement (5a) angeordneten Innenkomponente (5d) in Form eines Wickelschlauchs zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor (2) stammenden Abgasstroms (P2) aufweist, wobei der Abgasstrom (P2) durch die Innenkomponente (5d) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erwärmung des Abgasstroms (P2) ein vorgewärmtes gasförmiges Medium getrennt von dem Abgasstrom (P2) außerhalb der Innenkomponente (5d) über einen Zwischenraum (5e) zwischen dem flexiblen Leitungselement (5a) und der Innenkomponente (5d) durch das Entkoppelelement (5', 5") geleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Abgasanlagen der genannten Art weisen regelmäßig wenigstens ein Entkoppelelement (EKE) auf, welches ein flexibles Leitungselement und wenigstens eine in dem flexiblen Leitungselement angeordnete so genannte Innenkomponente aufweist. Das flexible Leitungselement ist vorzugsweise als (Metall-)Balg ausgebildet, während die genannte Innenkomponente regelmäßig als Wickelschlauch oder Liner ausgebildet ist. Die Innenkomponente dient zum Leiten eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors innerhalb des Entkoppelelements sowie zur Isolierung und Geräuschdämpfung.
In letzter Zeit nimmt das Thermomanagement in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs einen immer höheren Stellenwert ein. Dies ist nicht zuletzt durch immer strengere Abgasnormen (z. B. die Norm EU6) bedingt, welche es erforderlich machen, innerhalb des Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors zusätzliche Funktionselemente oder Einrichtungen zur Abgasreinigung vorzusehen, beispielsweise Katalysatoren, Partikelfilter oder dergleichen. Zur Minderung der Emission von Stickoxiden (NO_x) kommt bei modernen Verbrennungsmotoren außerdem regelmäßig eine Abgasrückführung zum Einsatz, welche insbesondere bei Dieselmotoren eine der wichtigsten Maßnahmen zur Senkung der Stickoxidemissionen darstellt. Hierbei wird ein Teil des Abgasstroms zum Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors zurückgeführt. Speziell bei Dieselmotoren erfolgt die Entnahme dieses Teilstroms hinter dem Dieselpartikelfilter (DPF), da die Abgasrückführung über einen Verdichter erfolgt, der vor (Ruß-)Partikeln geschützt werden muss.
Insbesondere im Zusammenhang mit der Abgasrückführung sind aus dem Stand der Technik Lösungsansätze bekannt, bei denen die Abgasrückführleitung über ein separates, zusätzliches Entkoppelelement zum Verbrennungsmotor geführt ist. Solche Lösungsansätze sind nachteilig, weil regelmäßig nur sehr eingeschränkter Bauraum für derartige Abgasrückführleitungen zur Verfügung steht. Außerdem handelt es sich bei den genannten Rückführleitungen regelmäßig um Leitungen mit relativ dünnem Querschnitt, welche dann entsprechend in dem vorzusehenden Entkoppelelement einen relativ dünnen, langen Balg erforderlich machen. Eine Herstellung derartiger Balgelemente ist schwierig und entsprechend kostenaufwändig.
Zudem wirken die aus dem Stand der Technik bekannten Abgasrückführleitungen in der Praxis wie ein Kühlelement, so dass sich das Abgas auf dem Rückweg zum Verdichter bzw. Verbrennungsraum stark abkühlt. Dies kann zu einer Versottung von Teilen der Abgasrückführung, insbesondere des Verdichters, und damit zu einer Beschädigung derselben führen.
Darüber hinaus ergibt sich in Abgasanlagen moderner Kraftfahrzeuge im Zuge der weiter oben angesprochenen Abgasproblematik die besondere Schwierigkeit, dass im Abgasstrang angeordnete Einrichtungen zur Abgasreinigung, wie die bereits erwähnten Katalysatoren und Dieselpartikelfilter, eine hinreichend hohe Abgastemperatur benötigen, um ihre Reinigungswirkung optimal erfüllen zu können. Insbesondere beim Kaltstart eines Kraftfahrzeugs und/oder bei Kraftfahrzeugen, die mit einer Start-Stopp-Automatik ausgestattet sind, ist es deshalb nach dem Stand der Technik oftmals erforderlich, dass Abgas mittels einer zusätzlichen Heizeinrichtung vorzuwärmen bzw. aufzuheizen, um die einschlägigen Abgasnormen dauerhaft erfüllen zu können.
In der EP 1 770 250 A2 ist ein Wärmetauscher sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart, wobei der Wärmetauscher eine innere gewellte Schlauchleitung aufweist, die ringgewellt ist und sich konzentrisch zu einer äußeren Mantelleitung erstreckt, wobei im äußeren Strömungsraum zwischen der Mantelleitung und der gewellten Schlauchleitung Abstandselemente angeordnet sind. Im Verfahren zur Herstellung des Wärmetauschers werden durch dornloses gleichzeitiges Umformen von Schlauchleitung und Mantelleitung gekrümmte Wärmetauscherbereiche erstellt, in denen die Schlauchleitung und die Mantelleitung ihre axiale Erstreckungsrichtung ändern.
In der EP 2 326 823 B1 ist eine Partikelabfangvorrichtung gezeigt, die zwischen einer Abgasleitung mit einem Strömungsverlauf in einer ersten Hauptrichtung und einer Abgasrückführleitung angeordnet ist. Die Abgasleitung weist einen ersten mittleren Querschnitt, einen ersten vergrößerten Querschnitt und mindestens einen teilweise durchlässigen Hohlkörper auf, der in dem ersten vergrößerten Querschnitt angeordnet ist, wobei der mindestens eine teileweise durchlässige Hohlkörper mit seiner Wandung eine Primärform mit einem Innenraum definiert. Der Hohlkörper hat zwei gegenüberliegende offene Seiten und ist so angeordnet, dass dieser axial von einer Seite angeströmt wird.
In der DE 38 33 957 A1 ist eine Einrichtung zur Abgasrückführung bei Dieselmotoren beschrieben, bei der in einer von der Abgasleitung abzweigenden Abgasrückrührleitung ein Abgasfilter für das rückgeführte Abgas angeordnet ist. Dieser Abgasfiltereinsatz ist in der Abzweigstelle der Abgasrückführungsleitung so angeordnet, dass seine schmutzseitige Oberfläche annähernd parallel zur Strömungsrichtung des Hauptabgasstroms und zwar im Bereich und Verlauf einer normalen wandnahen Strömungslinie liegt.
Die FR 2 926 845 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit Abgasrückführung, zu welchem Zweck ein flexibles Leitungselement aus zwei koaxialen Leitungselementen aufweist. Ein Hauptabgasstrom wird durch das innere dieser Leitungselemente geführt, während ein Rückstrom gegenläufig außen in einem Ringkanal innerhalb des äußeren Leitungselements geführt wird.
Aus der DE 42 05 496 C1 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine innere Abgasleitung außen von einer konzentrisch angeordneten Bypassleitung umgeben ist. Die Bypassleitung schirmt die innere Abgasleitung ab, sodass letztere zur Umgebungstemperatur wärmeisoliert verläuft. Zudem ist beschrieben, dass die in der Bypassleitung zurückströmende Abgasmenge durch Wärmeabgabe an die Umgebung ausreichend stark abgekühlt wird, um einen Katalysator vor Überhitzung zu schützen.
Die DE 10 2010 035 311 A1 zeigt ein Entkopplungselement, bei dem eine Aufteilung des Abgasstroms in zwei Teilströme erfolgt, von denen der innere Teilstrom durch einen inneren Wickelschlauch geführt ist. Der äußere Teilstrom strömt zwischen dem genannten inneren Wickelschlauch und einem äußeren Wickelschlauch, der den inneren Wickelschlauch konzentrisch umgibt.
Die DE 103 07 651 A1 offenbart ein balgförmiges Leitungselement mit Filterelement.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für ein effizientes Thermomanagement einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor zu sorgen, so dass unter Vermeidung zusätzlicher, kostenaufwändiger Bauteile bei möglichst effizienter Nutzung des vorhandenen, knappen Bauraums die Möglichkeit besteht, im Abgasstrang vorgesehene Abgasreinigungseinrichtungen möglichst effizient zur Erfüllung bestehender Abgasnormen zu betreiben und gleichzeitig einer Beschädigung von Einrichtungen der Abgasanlage, insbesondere des Verdichters, vorzubeugen und entgegenzuwirken.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, welche Abgasanlage ein Entkoppelelement mit einem flexiblen Leitungselement in Form eines Balgs und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement angeordneten Innenkomponente in Form eines Wickelschlauchs zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor stammenden Abgasstroms aufweist, wobei der Abgasstroms durch die Innenkomponente geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erwärmung des Abgasstroms ein vorgewärmtes gasförmiges Medium getrennt von dem Abgasstrom außerhalb der Innenkomponente über einen Zwischenraum zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente durch das Entkoppelelement geleitet wird, wobei vorzugsweise als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors und/oder mittels einer optionalen Heizeinrichtung vorgewärmtes gasförmiges Medium verwendet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, welche Abgasanlage ein Entkoppelelement mit einem flexiblen Leitungselement, vorzugsweise Balg, und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement angeordneten Innenkomponente, vorzugsweise Wickelschlauch, zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor stammenden Abgasstroms aufweist, wobei das flexible Leitungselement ein Balg und die Innenkomponente ein Wickelschlauch ist, ist gekennzeichnet durch eine Leitungseinrichtung zum Leiten eines Teils des Abgasstroms getrennt von dem Abgasstrom durch das Entkoppelelement, wobei die Leitungseinrichtung einen Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements umfasst und zumindest teilweise als ein weiterer Wickelschlauch ausgebildet ist.
Es ist demnach erfindungsgemäß beabsichtigt, eine Leitungseinrichtung zum Leiten eines Teils des Abgasstroms und eines vorzugsweise vorgewärmten gasförmigen Mediums getrennt von dem Abgasstrom durch das Entkoppelelement vorzusehen.
Es ist also vorgesehen, das regelmäßig in dem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Entkoppelelement zusätzlich entweder zur Abgasrückführung und/oder zur Durchleitung eines gasförmigen Mediums zur Erwärmung des Abgasstroms zu nutzen. Auf diese Weise kann einerseits auf ein zusätzliches Entkoppelelement für die Abgasrückführung vollständig verzichtet werden, was sich im Hinblick auf die Kosten und die Bauraumnutzung positiv auswirkt. Aufgrund der Tatsache, dass das Entkoppelelement, welches in erster Linie zum Durchleiten des heißen Abgasstroms dient, für die Abgasrückführung mitverwendet wird, kann darüber hinaus einer zu starken Abkühlung des rückgeführten Abgases entgegengewirkt und die angesprochene Versottungsproblematik wirksam vermieden werden. Durch die weiterhin vorhandene Möglichkeit, den Abgasstrom mittels der Durchleitung eines vorgewärmten gasförmigen Mediums (Vorwärm-Medium) durch das Entkoppelelement zu erwärmen, lässt sich außerdem sicherstellen, dass die angesprochenen Einrichtungen zur Abgasreinigung optimal effizient arbeiten können. Alle diese Vorteile ergeben sich in synergetischer Weise aufgrund der vorgeschlagenen Mehrfachnutzung des in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor regelmäßig vorhandenen Entkoppelelements.
Zwecks Abgasrückführung zu einer stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, vorzugsweise zu einem Brennraum des Verbrennungsmotors, höchst vorzugsweise über einen Abgaskühler und/oder einen Verdichter, kann in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Teil des Abgasstroms stromabwärts des Entkoppelelements abgezweigt und getrennt von dem Abgasstrom außerhalb der Innenkomponente über einen Zwischenraum zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente durch das Entkoppelelement zu der genannten Einrichtung rückgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Abgasrückführung und/oder die Durchleitung des Vorwärm-Mediums in einem Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich entsprechend dadurch aus, dass die Leitungseinrichtung einen freien Bereich zwischen dem radial außen angeordneten flexiblen Leitungselement und der radial weiter innen angeordneten Innenkomponente des Entkoppelelements umfasst, durch welchen Bereich entsprechend der rückgeführte Teil-Abgasstrom und/oder das gasförmige Medium geleitet wird.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Abgasrückführung und/oder die Durchleitung des Vorwärm-Mediums über wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements erfolgt. Diese zusätzliche Leitungsstrecke ist vorzugsweise zumindest teilweise flexibel ausgebildet und kann in diesem Zusammenhang einen Wickelschlauch, einen (Metall-)Balg und/oder ein Rohrleitungselement (Flammrohr) umfassen.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Leitungseinrichtung wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke für den Teil-Abgasstrom und/oder das Vorwärm-Medium umfasst.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die zusätzliche Leitungsstrecke einen von der Innenkomponente des Entkoppelelements verschiedenen Querschnitt weist. Vorzugsweise ist der Querschnitt der zusätzlichen Leitungsstrecke kleiner als der Querschnitt der Innenkomponente.
Eine wieder andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Durchleitung des Vorwärm-Mediums in Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement erfolgt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Durchleitung des genannten Mediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement erfolgt.
Eine entsprechende Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung für eine Durchleitung des Vorwärm-Mediums in Strömungsrichtung des Abgasstroms durch das Entkoppelelement oder - alternativ - für eine Durchleitung des Vorwärm-Mediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung durch das Entkoppelelement ausgebildet ist.
Im Zuge einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinrichtung mit einer Abgasklappe oder dergleichen zusammenwirkt, um einen Teil des Abgasstroms durch das Entkoppelelement zurückzuleiten. Eine solche Abgasklappe oder eine vergleichbare Einrichtung ist vorteilhafterweise stromabwärts des Entkoppelelements im Abgasstrom angeordnet und kann dafür sorgen, dass selektiv ein Teil des Abgasstroms durch das Entkoppelelement zum Verbrennungsmotor zurückgeleitet wird. Dabei kann erfindungsgemäß die Abgasrückleitung oder -Rückführung entweder durch einen freien Bereich zwischen Innenkomponente und flexiblem Leitungselement des Entkoppelelements erfolgen, oder über eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements, worauf bereits ausführlich hingewiesen wurde.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung in Wirkverbindung mit einer stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, vorzugsweise einem Brennraum des Verbrennungsmotors, steht. Höchst vorzugsweise besteht die genannte Wirkverbindung über einen Abgaskühler und/oder einen Verdichter (Kompressor). Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Leitungseinrichtung in Wirkverbindung mit einer separaten Heizeinrichtung zum Vorwärmen des gasförmigen Mediums steht.
Es kann außerdem vorgesehen sein, dass das Entkoppelelement einen runden Querschnitt aufweist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das Entkoppelelement einen etwa ovalen Querschnitt aufweist. Speziell in letzterem Fall kann - ohne Beschränkung - vorgesehen sein, dass die zusätzliche Leitungsstrecke, sofern vorhanden, parallel zu der Innenkomponente durch das Entkoppelelement geführt ist.
Eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Leitungseinrichtung für den Teil-Abgasstrom, welcher zum Verbrennungsmotor zurückgeführt wird, und für das Vorwärm-Medium getrennte Strömungsführungen aufweist. Beispielsweise können sowohl für den Teil-Abgasstrom als auch für das Medium getrennte zusätzliche Leitungsstrecken vorgesehen sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, den Teil-Abgasstrom oder das Medium über eine zusätzliche Leitungsstrecke zu führen, während der jeweils andere Strom (Teil-Abgasstrom oder Medium) über den freien Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements geführt wird. Des Weiteren ist es selbstverständlich auch möglich, den Teil-Abgasstrom und das Medium alternierend über eine einzige Strömungsführung zu führen. Diese Strömungsführung kann dann entweder über den freien Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements oder durch eine zusätzliche Leitungsstrecke innerhalb des Entkoppelelements realisiert sein.
Noch eine andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das flexible Leitungselement eingangsseitig und/oder ausgangsseitig mit einem Lochblech versehen ist, welches Lochblech wenigstens zwei Löcher aufweist. Auf diese Weise können weitere Leitungselemente der Abgasanlage, insbesondere starre Rohrleitungselemente, in fluidtechnischer Wirkverbindung an das Entkoppelelement angeschlossen werden. Je nach sonstiger Ausgestaltung der Vorrichtung steht eines der beiden Löcher in fluidtechnischer Wirkverbindung mit der Innenkomponente des Entkoppelelements. Das andere der beiden Löcher steht entsprechend in fluidtechnischer Wirkverbindung mit dem freien Bereich zwischen dem flexiblen Leitungselement und der Innenkomponente des Entkoppelelements oder mit der angesprochenen zusätzlichen Leitungsstrecke, sofern vorhanden. Selbstverständlich kann das genannte Lochblech auch mehr als zwei Löcher aufweisen, wenn beispielsweise die Abgasrückführung über den genannten Zwischenraum zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente erfolgt und wenn zusätzlich für die Durchleitung des Vorwärm-Mediums eine zusätzliche Leitungsstrecke vorhanden ist.
Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt: Beispielsweise können sowohl für die Abgasrückführung als auch für das Vorwärm-Medium jeweils zusätzliche Leitungsstrecken vorhanden sein, welche mit entsprechenden Löchern des Lochblechs korrespondieren. Des Weiteren ist es auch möglich, das Vorwärm-Medium über den Bereich zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements zu führen, während die Abgasrückführung über eine zusätzliche Leitungsstrecke erfolgt.
Das Anschließen der genannten weiteren Leitungselemente an das Lochblech kann beispielsweise durch stoffschlüssige Anbindung, vorzugsweise Schweißen, erfolgen.
Um thermische Spannungen zu vermeiden, sieht eine wieder andere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass zwischen dem Entkoppelelement und der stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung, insbesondere dem Abgaskühler, ein thermischer Dehnkörper angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der genannten Stelle auf einen Dehnkörper vollständig verzichtet werden kann, weil sämtliche thermische Spannungen durch das Entkoppelelement aufgenommen bzw. abgebaut werden.
Um zu vermeiden, dass die Innenkomponente des Entkoppelelements und eine gegebenenfalls vorhandene zusätzliche Leitungsstrecke im Betrieb des Kraftfahrzeugs aufgrund von Schwingungen oder sonstigen Bewegungen gegeneinanderschlagen, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass zwischen der Innenkomponente und der zusätzlichen Leitungsstrecke wenigstens ein Abstützelement angeordnet ist. Dieses Abstützelement kann beispielsweise aus Drahtgestrickematerial oder dergleichen bestehen, wobei entscheidend ist, dass das verwendete Material der gegebenen thermischen Belastung Stand hält. Vorzugsweise kann ein solches Abstützelement Acht-förmig, ringförmig oder in Form eines Ringsegments ausgebildet sein. Im Falle einer Acht-förmigen Ausgestaltung umgibt das Abstützelement vorteilhafterweise sowohl die Innenkomponente als auch die zusätzliche Leitungsstrecke umfänglich. Im Falle einer ringförmigen Ausgestaltung kann das Abstützelement um die Innenkomponente und/oder um die zusätzliche Leitungsstrecke herum angeordnet sein, insbesondere auch alternierend.
Zwischen dem Entkoppelelement und dem Verbrennungsmotor kann die Abgasrückführung im Rahmen der vorliegenden Erfindung über ein starres Rohrleitungselement erfolgen.
Obwohl strömungstechnisch das Vorhandensein einer zusätzlichen Leitungsstrecke des Entkoppelelements vorteilhaft sein kann, ist insbesondere aufgrund der vorgesehenen Abgasklappe bei Nutzung des Zwischenraums zwischen flexiblem Leitungselement und Innenkomponente des Entkoppelelements für die Abgasrückführung aufgrund der verringerten Strömung des Abgases innerhalb der Innenkomponenente mit keiner oder nur mit sehr geringer Gegenströmung/Verwirbelung in dem genannten Zwischenraum und entsprechendem Druckverlust zu rechnen, so dass sich der genannte Zwischenraum für die Abgasrückführung (oder alternativ für die Durchleitung des Vorwärm-Mediums) auch entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Abgasstroms in jedem Falle eignet.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, dass innerhalb eines im Querschnitt ovalen Entkoppelelements zwingend zwei Innenliner oder Innenkomponenten (Wickelschläuche) zum Einsatz kommen müssen. Auch innerhalb eines ovalen Entkoppelelements ist es möglich, insbesondere die Abgasrückführung und/oder das Vorwärm-Medium über den Zwischenraum zwischen Innenkomponente und flexiblem Leitungselement zu führen.
Des Weiteren ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, dass es sich bei dem Vorwärm-Medium um ein separates Medium handelt, welches mittels einer separaten Heizeinrichtung vorgewärmt wird. Wie der Fachmann leicht erkennt, liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors zu verwenden, insbesondere bevor dieses Abgasreinigungseinrichtungen der Abgasanlage durchströmt und sich entsprechend abgekühlt hat.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist in dem oder im Anschluss an das Entkoppelelement ein Filterelement zur Filterung eines rückgeleiteten Abgasteilstroms angeordnet, welches in Kontakt mit der Leitungseinrichtung steht. Hierdurch können Ruß und im rückgeführten Abgasstrom mitgeschleppte metallische und keramische Partikel gefiltert und so Schäden an motorseitigen Teilen wie Abgaskühler, Verdichter und letztlich dem Verbrennungsmotor verhindert werden.
Vorzugsweise ist das Filterelement derart ausgebildet, dass es Partikel ab einer Größe von zumindest 200 µm aus dem rückgeführten Abgasteilstrom filtert.
Das Filterelement kann innerhalb des Entkoppelelements vor einem Auslass für einen zurückgeleiteten Abgasteilstrom angeordnet werden. Auf diese Weise können auch Fertigungsrückstände, die möglicherweise in dem flexiblen Leitungselement selbst vorhanden und dort technisch nicht oder nur schwierig entfernbar sind, herausgefiltert werden, so dass verhindert wird, dass diese in eine motorseitige Abgasrückführleitung gelangen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vor oder nach dem Entkoppelelement, insbesondere zwischen dem Entkoppelelement und mindestens einer stromabwärtigen Abgasreinigungseinrichtung, eine doppelwandige Rohrleitung mit einem inneren Rohr und einem koaxial um das innere Rohr liegenden äußeren Rohr vorgesehen sein, wobei das innere Rohr mit der Innenkomponente und ein Ringspalt zwischen den beiden Rohren mit der genannten Leitungseinrichtung (5e) in fluidtechnischer Wirkverbindung stehen. Durch einen derartigen koaxialen Aufbau wird eine verbesserte Isolationswirkung erzielt und eine Abkühlung insbesondere im Start/Stopp-Betrieb verringert, so dass trotz einer „motorfernen“ Unterbringung der Abgasreinigungseinrichtung, wie Dieselpartikelfilter und/oder Katalysator, keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen erforderlich sind.
Darüber hinaus kann in einem oder in beiden der koaxialen Rohre der doppelwandigen Rohrleitung ein Dehnungselement zur Kompensation thermischer Längenänderungen vorgesehen sein.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.

1 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbildes eine Abgasanlage gemäß dem Stand der Technik;
2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
4 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform im Wesentlichen gemäß 2;
5 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform im Wesentlichen gemäß 2;
6 zeigt einen Querschnitt durch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform;
7 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch die Ausführungsform gemäß 6;
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Schnittzeichnung und
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines ovalen Entkoppelelements mit integrierter Abgasrückführung.

1 zeigt schematisch anhand eines Blockschaltbilds die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor nach dem Stand der Technik, welche Abgasanlage in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Der eigentliche Verbrennungsmotor ist bei Bezugszeichen 2 dargestellt, Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Brennraum des Verbrennungsmotors. Gemäß dem Pfeil P1 gelangt Abgas aus dem Verbrennungsmotor 2 über einen Turbolader 4 und weiter gemäß Pfeil P2 zu einem in herkömmlicher Weise ausgeführten Entkoppelelement 5, welches vorliegend als metallischer Ringwellschlauch oder Balg mit Gestricke-Außenkomponente und Wickelschlauch bzw. Innenliner zur Strömungsführung ausgeführt ist. Derartige Entkoppelelemente sind dem Fachmann in vielfältiger Weise bekannt. Das Entkoppelelement 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Es dient insbesondere zum mechanischen Entkopplung von stromabwärts angeordneten Teilen der Abgasanlage 1 gegenüber Schwingungen des Verbrennungsmotors 2.
Gemäß Pfeil P3 gelangt das Abgas hinter dem Entkoppelelement 5 über einen Unterboden-DPF (Dieselpartikelfilter) 6 zu einer Abgasklappe 7, bei welcher ein Teil-Abgasstrom gemäß Pfeil P4' abgezweigt und zum Verbrennungsmotor 2 zurückgeführt wird. Hierauf wird anschließend noch genauer eingegangen. Der Haupt-Abgasstrom wird gemäß Pfeil P4 über weitere, nicht explizit eingezeichnete Leitungselemente/Abgasreinigungselemente aus der Abgasanlage 1 ausgestoßen.
Der Teil-Abgasstrom P4' gelangt über eine Niederdruck-Abgasrückführstrecke 8 (ND-EGR-Strecke) zu einem weiteren Entkoppelelement 9, welches analog zu dem Entkoppelelement 5 aufgebaut ist, dabei allerdings regelmäßig einen geringeren Querschnitt und eine relativ große Länge aufweist. Derartige Entkoppelelemente 9 sind relativ aufwändig in der Herstellung und deshalb relativ teuer. Außerdem ist in demjenigen Bereich eines Kraftfahrzeugs, insbesondere im Unterbodenbereich, in dem die Abgasanlage 1 und speziell das Entkoppelelement 9 typischerweise angeordnet ist, nur wenig Bauraum verfügbar, so dass sich bereits das Vorhandensein des Entkoppelelements 9 bauraumtechnisch negativ auswirkt. Gemäß dem Pfeil P5 gelangt der rückgeführte Teil-Abgasstrom zu einem Abgaskühler 10 und von dort über einen Verdichter 11 zurück zum Verbrennungsmotor 2 bzw. in den Brennraum 3, was in 1 nur schematisch dargestellt ist.
Neben der bereits angesprochenen, in nachteiliger Weise aufwändigen Ausgestaltung der Abgasanlage 1 gemäß 1, ist insbesondere noch darauf hinzuweisen, dass aufgrund der relativ langen Strecke 8, des Entkoppelelements 9 sowie aufgrund der Tatsache, dass der Teil-Abgasstrom gemäß Pfeil P4' zum Schutze des Verdichters 11 erst hinter dem DPF 6 abgezweigt werden kann, das Risiko einer Versottung von Bestandteilen der Rückführstrecke besteht, insbesondere des Entkoppelelements 9, des Kühlers 10 und des Verdichters 11.
Die nachfolgenden Figuren zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, wobei gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche oder gleichwirkende Elemente bezeichnen.
In 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für das Thermomanagement in der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor gezeigt, wobei hier und im Folgenden nur noch die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Teile der Abgasanlage explizit gezeigt sind. Bezugszeichen 2 bezeichnet wiederum einen Verbrennungsmotor, dessen heiße Abgase gemäß dem Pfeil P1, P2 zu einem besonders ausgestalteten Entkoppelelement 5' gelangen, auf welches weiter unten noch genauer eingegangen wird. Selbstverständlich ist die Zwischenschaltung eines Turboladers gemäß 1 möglich, in 2 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Das Entkoppelelement 5' weist in an sich bekannter Weise ein flexibles Leitungselement in Form eines Ringwellschlauchs oder Metallbalgs 5a auf, der von einer Außenkomponente in Form eines Metallgestrickes 5b umgeben ist. Der Metallbalg 5a weist nicht erkennbare glattzylindrische Anschlussenden auf, und das Gestricke 5b ist im Bereich dieser Anschlussenden in an sich bekannter Weise unter Endhülsen 5c eingebunden. Innerhalb der beschriebenen Anordnung ist konzentrisch zu dem Metallbalg 5a eine Innenkomponente in Form eines Wickelschlauchs 5d angeordnet, durch welche gemäß dem Pfeil P2 der vom Verbrennungsmotor 2 stammende Abgasstrom geführt ist. Auf die Darstellung des DPF 6 (vgl. 1) am ausgangsseitigen Ende des Entkoppelelements 5' wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Dargestellt ist wiederum der Haupt-Abgasstrom P4, aus welchem der zurückzuführende Teil-Abgasstrom P4' abgezweigt wurde. Diese Abzweigung kann grundsätzlich gemäß 1 mittels einer Abgasklappe oder einer vergleichbaren Einrichtung bewerkstelligt werden.
Wesentlich ist nun, dass beim Gegenstand der 2 die Abgasrückführstrecke 8' (in 2 gestrichelt eingezeichnet) nicht über ein separates Bauteil sondern über das Entkoppelelement 5' geführt ist, nämlich über bzw. durch den Zwischenraum 5e zwischen dem flexiblen Leitungselement 5a und dem Wickelschlauch 5d. Über den genannten Zwischenraum 5e wird der Teil-Abgasstrom P4' zum Verbrennungsmotor 2 zurückgeführt. Selbstverständlich können dem Entkoppelelement 5' für die Abgasrückführung noch weitere Einrichtung nachgeschaltet sein, insbesondere der in 1 dargestellte Kühler 10 und/oder Verdichter 11, welche in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt sind.
Optional kann bei der Ausgestaltung gemäß 2 innerhalb des flexiblen Leitungselements 5' noch eine zweite Innenkomponente 5f in Form eines Wickelschlauchs oder dergleichen eingesetzt werden, welche den Metallbalg 5a auskleidet und so für eine verbesserte Strömungsführung innerhalb des Zwischenraums 5e sorgen kann, welcher Zwischenraum 5e dann entsprechend zwischen dem Wickelschlauch 5d innen und dem Wickelschlauch 5f außen definiert ist.
Stromaufwärts und stromabwärts des Entkoppelelements 5' gemäß 2 sind geeignete Anschlussteile vorzusehen, welche einerseits ein Einleiten bzw. Ausleiten des (Haupt-)Abgasstroms in die bzw. aus der Innenkomponente 5d ermöglichen, und welche die andererseits umgekehrt für ein Einleiten bzw. Ausleiten des rückgeführten Abgasstroms in den bzw. aus dem Zwischenraum 5e geeignet sind. Diese Anschlussstücke sind als solche nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Rückführung des Teil-Abgasstroms zwischen dem Entkoppelelement 5' und dem Verbrennungsmotor 2 kann insbesondere mit Hilfe starrer Rohrleitungselemente (nicht gezeigt) realisiert werden. Um hierbei thermische Spannungen insbesondere im Bereich zwischen dem Entkoppelelement 5' und dem nachgeschalteten Abgaskühler 10 (vgl. 1), zu vermeiden, kann vorgesehen sein, in diesem Bereich wenigstens einen thermischen Dehnkörper anzuordnen, was in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nicht explizit dargestellt ist.
Es ist nicht erforderlich, für die Strömungsführung innerhalb des Entkoppelelements 5' ausschließlich durchgängig flexible Elemente in Form von Wickelschläuchen oder dergleichen vorzusehen. Insbesondere ist es in Abwandlung der Darstellung in 2 möglich, sowohl die Innenkomponente 5d als auch die optionale weitere Innenkomponente 5f teilweise starr, d. h. als Rohrleitungselement oder Flammrohr auszubilden. Auch eine zumindest teilweise Ausgestaltung in Form eines Ringwellschlauchs oder Balgs ist möglich. Dies gilt entsprechend auch für alle weiteren gezeigten Ausführungsformen der Erfindung.
Schließlich ist in 2 bei Bezugszeichen 12 noch schematisch eine optionale Heizeinrichtung, beispielsweise ein Brenner oder dergleichen, dargestellt, der im Zuge eines äußerst effizienten Thermomanagements der Abgasanlage dazu eingesetzt werden kann, ein vorgewärmtes gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, durch den Zwischenraum 5e zu leiten, um auf diese Weise den Abgasstrom bzw. das Abgas gemäß Pfeil P2 zu erwärmen. Dies kann insbesondere dann von Bedeutung sein, wenn zur Erfüllung strenger Abgasnormen (beispielsweise EU6) auch bei einem Kaltstart und/oder beim Vorhandensein einer Start-Stopp-Automatik gefordert ist, dass dem Entkoppelelement 5' nachgeschaltete Abgasreinigungseinrichtungen, wie ein DPF oder ein Katalysator, jederzeit möglichst effizient arbeiten. Bei Verwendung des dargestellten Entkoppelelement 5' ist es möglich, den Zwischenraum 5e in der bereits erwähnten Weise zum Erwärmen des Abgasstroms zu verwenden. Dabei ist es grundsätzlich nicht erforderlich, das vorgewärmte gasförmige Medium (auch als Vorwärm-Medium bezeichnet) gemäß dem Pfeil P4' entgegengesetzt zum Abgasstrom P2 durch das Entkoppelelement 5' zu leiten. Auch eine gleichsinnige Durchströmung des Entkoppelelements 5' ist möglich. Insbesondere ist es auch möglich, den Zwischenraum 5e selektiv, insbesondere alternierend, entweder für die Durchleitung des genannten Vorwärm-Mediums oder für die Abgasrückführung zu verwenden, wofür dann entsprechende Umschaltelemente (nicht dargestellt) vorzusehen wären. Es ist in diesem Zusammenhang auch nicht erforderlich, das genannte Vorwärm-Medium mittels einer separaten Heizeinrichtung 12 zu beheizen. Wie in 2 mittels eines strichpunktierten Pfeils dargestellt ist, kann das Vorwärm-Medium auch unmittelbar vom Verbrennungsmotor 2 stammen. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang heißes Abgas des Verbrennungsmotors als Vorwärm-Medium verwendet werden. Auch in diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich nicht erforderlich, das Vorwärm-Medium entgegen der Abgasströmungsrichtung gemäß Pfeil P2 durch das Entkoppelelement 5' zu leiten. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Vorwärm-Medium selektiv vom Verbrennungsmotor 2 und der Heizeinrichtung 12 zu beziehen.
Die Heizeinrichtung 12 und der Verbrennungsmotor 2 können entsprechend auch bei den folgenden Ausführungsformen gemäß den 3 ff. vorhanden sein; auf ihre Darstellung wird nachfolgend nur aus Gründen der zeichnerischen Übersichtlichkeit verzichtet.
3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der das Entkoppelelement 5" vorzugsweise eine ovale Querschnittsform aufweist, vgl. beispielsweise 6. Die Innenkomponente 5d, welche den Abgasstrom gemäß Pfeil P2 leitet, ist gemäß 3 außermittig bezüglich des flexiblen Leitungselements bzw. Metallbalgs 5a angeordnet. Parallel zu der Innenkomponente 5d, die hier wiederum als Wickelschlauch ausgeführt ist, ist eine weitere Innenkomponente in Form eines zusätzlichen Wickelschlauchs 5g vorgesehen, welcher weitere Wickelschlauch 5g parallel zu dem erstgenannten Wickelschlauch 5d durch das Entkoppelelement 5" geführt ist. Der Wickelschlauch 5g weist einen kleineren Durchmesser auf als der Wickelschlauch 5d und dient gemäß Pfeil P4' insbesondere zum Leiten des zurückgeführten Teil-Abgasstroms (vgl. 2). Wiederum kann optional noch eine weitere Innenkomponente 5f vorgesehen sein, welche den Metallbalg 5a auskleidet.
Bezugszeichen 5h bezeichnet Abstandshalter oder Abstandselemente, die in Form von Drahtgestrickeelementen ausgebildet sein können. Wie der 3 zu entnehmen ist, sind die Abstandshalter 5h jeweils zwischen benachbarten Innenkomponenten 5d, 5f, 5g angeordnet, um ein Gegeneinanderschlagen der genannten Innenkomponenten im Betrieb der Abgasanlage zu verhindern. Die Abstandshalter können als einzelne, separate Gestrickekissen ausgeführt sein. Darüber hinaus ist eine ringförmige oder Acht-förmige Ausgestaltung der Abstandselemente möglich, vergleiche 6. Über die Längserstreckung des Entkoppelelements 5" können eine Vielzahl von Abstandshaltern 5h eingesetzt werden. Diese müssen (bei separater Ausführung der einzelnen Abstandshalter zwischen den Innenkomponeneten) nicht bei identischen axialen Positionen angeordnet sein. Anstelle von Drahtgestricke oder dergleichen kann jedes andere geeignete, temperatur- und reibungsbeständige Material zur Herstellung der Abstandshalter Verwendung finden.
Wie anhand von 2 bereits ausgeführt wurde, kann die zusätzliche Innenkomponente 5g im Zuge eines effizienten Thermomanagements zum Vorwärmen und Beheizen des Abgasstroms eingesetzt werden. Letztendlich übernimmt die zusätzliche Innenkomponente 5g gemäß 3 die Funktion des Zwischenraums 5e gemäß 2, so dass auf die betreffenden Ausführungen verwiesen werden kann.
Die Zu- und Ausleitung der betreffenden Gasströme erfolgt beim Entkoppelelement 5" gemäß 3 über hierfür geeignete Anschlussstücke, die wiederum nicht explizit dargestellt sind. Beispielsweise kann im Bereich der Endhülsen 5c des Entkoppelelements 5" das Anbringen von Lochblenden (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die entsprechend ein (größeres) Loch in fluidtechnischer Wirkverbindung mit der Innenkomponente 5d und ein (kleineres) Loch in fluidtechnischer Wirkverbindung mit der weiteren Innenkomponente 5g aufweisen können.
4 zeigt das Entkoppelelement 5' im Wesentlichen gemäß 2 im Querschnitt, so dass vorliegend nur auf Besonderheiten der Darstellung in 4 genauer einzugehen ist. Bezugszeichen 5i bezeichnet verteilt über den Umfang der Innenkomponente 5d angeordnete Distanzelemente, beispielsweise in Form von Gestrickeelementen oder dergleichen, welche für eine definiert-zentrale Anordnung der Innenkomponente 5d innerhalb des lichten Balgquerschnitts sorgen. Bei Bezugszeichen 5a' ist ein so genanntes Balg-Rohr dargestellt, wobei es sich um die bereits eingangs erwähnten glattzylindrischen Anschlussenden des Balgs 5a handelt. Vorzugsweise befinden sich die genannten Distanzelemente 5i gerade im Bereich dieser glattzylindrischen Anschlussenden bzw. Balgrohre 5a' und sorgen auf diese Weise für die dargestellte zentrale Anordnung der abgasführenden Innenkomponente 5d. Dabei können die Distanzelemente 5i zwischen der Innenkomponente 5d und der optionalen weiteren Innenkomponente 5f, welche den Balg 5a auskleidet, angeordnet sein, wie dargestellt.
5 zeigt im Längsschnitt einen Teilausschnitt der Ausführungsform gemäß 2. Zusätzlich eingezeichnet ist bei Bezugszeichen 5h ein beispielsweise ringförmiges Abstandselement bzw. Abstandshalter, welches bzw. welcher im Betrieb der Abgasanlage verhindert, dass die Innenkomponente 5d gegen die auskleidende Innenkomponente 5f oder den Metallbalg 5a schlägt. Ansonsten entspricht die Darstellung in 5 derjenigen in 2.
6 zeigt einen Querschnitt durch ein ovales Entkoppelelement 5", welches im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 3 entspricht. Gut erkennbar ist hier die Acht-förmige Ausgestaltung der Abstandshalter (Gestrickeringe) 5h. Diese können als ein einziges, zusammenhängendes Element oder auch in Form von zwei separaten ringförmigen Elementen ausgeführt sein. Ansonsten entsprechen die Bestandteile und Funktionen der Beschreibung der 3. Analog zur Beschreibung der 4 bezeichnet Bezugszeichen 5a" ein glattes, ovales Anschlussende des Balgs 5a, welcher entsprechend ebenfalls oval ausgeführt ist.
Wie man insbesondere der 6 entnimmt, verbleibt außerhalb der Innenkomponenten 5d, 5g noch ein (Rest-)Freiraum 5e, welcher im Rahmen der Erfindung grundsätzlich ebenfalls noch zur Medienführung genutzt werden kann. So ist es bei der Ausgestaltung gemäß 6 insbesondere möglich, die Innenkomponente 5d mit dem größeren Querschnitt zur hauptsächlichen Abgasführung zu verwenden, während die Innenkomponente 5g mit dem kleineren Querschnitt zur Abgasrückführung eingesetzt wird. Zusätzlich ließe sich dann im Bereich des Freiraums 5e ein Vorwärm-Medium der bereits genannten Art durch das Entkoppelelement 5" leiten. Grundsätzlich wäre es auch möglich, die Funktionen der Innenkomponente 5g und des Freiraums 5e zu vertauschen.
Schließlich zeigt 7 noch einen teilweisen Ausschnitt der Ausgestaltung in 3. Für entsprechende Einzelheiten sei auf die dortige Beschreibung verwiesen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasrückführung ist in 8 in einer schematischen Schnittzeichnung dargestellt. Hier wird ein von einem Verbrennungsmotor kommender Abgasstrom P2 durch ein Entkoppelelement 5' und eine daran angeschlossene Rohrleitung 15 zu einer Abgasreinigungseinrichtung wie etwa einem Dieselpartikelfilter 6 geleitet. Eingangsseitig ist das Entkoppelelement 5' motorfest gelagert, während ausgangsseitig die weiterführende Rohrleitung 15 und der nachfolgende Dieselpartikelfilter 6 beispielsweise mittels einer Halterung 13 rahmenfest montiert sind. Das Entkoppelelement dient daher der Entkopplung der Motorbewegungen von Rahmen und Fahrzeugkarosserie.
An oder hinter dem Dieselpartikelfilter 6 wird ein Teilstrom P4' abgezweigt und zu dem Verbrennungsmotor zurückgeführt. Die Rückführung erfolgt erfindungsgemäß ebenfalls durch Entkoppelelement 5' getrennt von dem Abgasstrom P2. Hierzu ist das Entkoppelelement 5' ähnlich zu der in 2 gezeigten Ausführungsform derart ausgebildet, dass für die Abgasrückführung ein Zwischenraum 5e zwischen einem flexiblen Leitungselement 5a und einer strömungsführenden Innenkomponente, wie etwa einem Wickelschlauch 5d genutzt werden kann.
Das Entkoppelelement 5' weist, wie in 2 gezeigt, einen ringgewellten Metallbalg 5a und einen im Inneren des Metallbalgs angeordneten Wickelschlauch 5d auf. Der Wickelschlauch 5d ist über Anschlussborde 5c motorseitig mit einem vom Verbrennungsmotor kommenden Abgasrohr und ausgangsseitig mit dem zum Dieselpartikelfilter 6 führenden Abgasrohr 15 verbunden, so dass ein vom Motor kommender Abgasstrom P2 innerhalb des Wickelschlauchs 5e geführt und wie durch Pfeil P3 angedeutet zum Dieselpartikelfilter weitergeleitet wird.
Die Rückführung des Abgasteilstroms P4' erfolgt wie bereits beschrieben durch den Zwischenraum 5e zwischen dem Metallbalg 5a und dem Wickelschlauch 5d. Die Einleitung erfolgt über ein koaxial um das Abgasrohr 15 liegendes Außenrohr 16 mit einem entsprechenden Einlass 17. Das Außenrohr 16 ist mit einem glattzylindrischen Anschlussende 5m des Metallbalgs 5a verbunden. Das Anschlussende 5m ist optional mit einem perforierten Lochblech 5n versehen, durch das der rückgeführte Abgasteilstrom P4' in den Zwischenraum 5e strömen kann. In dem Außenrohr 16 ist optional ein Dehnungselement 14 integriert, welches zum thermischen Dehnungsausgleich zwischen den beiden koaxialen Rohren 15 und 16 dient. Als Dehnungselement 16 können beispielsweise eine Anzahl von Balgwellen dienen, die in der Rohrleitung ausgeformt oder in diese eingeschweißt sind.
Die koaxialen Rohre 15, 16 bilden somit eine doppelwandige Verbindungsleitung zwischen Dieselpartikelfilter 6 und Entkoppelelement 5', in deren Innenbereich die vom Verbrennungsmotor kommenden Abgase geführt werden, während der äußere Ringspalt zwischen den koaxialen Rohren 15, 16 für eine Abgasrückführung genutzt wird. Die doppelwandige Verbindungsleitung setzt somit das Wirkprinzip des Entkoppelelements 5' bis zur Abgasreinigung in dem Dieselpartikelfilter 6 und/oder einem Katalysator fort. Auf diese Weise wird auch auf dieser Strecke eine verbesserte Isolationswirkung erzielt und eine Abkühlung insbesondere im Start/Stopp-Betrieb verringert, so dass trotz der „motorfernen“ Anordnung des Dieselpartikelfilters keine zusätzlichen Isolationsmaßnahmen erforderlich sind.
An der gegenüberliegenden Seite endet der Metallbalg 5a an einem Balgrohr 5a', an welchem seitlich ein Auslass 5l angebracht ist. Der Auslass 5l ist mit der motorseitigen Niederdruck-Rückführleitung verbunden. Vor dem Auslass 5l ist ein Filterelement 5k angeordnet. Es dient dazu, im rückgeführten Abgasstrom P4' mitgeschleppte Partikel wie etwa aus Katalysator oder Dieselpartikelfilter stammende metallische und keramische Partikel zu filtern. Durch Mikrorisse im Partikelfilter 6 oder über einen Leckstrom, der durch die Wicklungen des Wickelschlauchs 5d in den Zwischenraum 5e zwischen Metallbalg 5a und Wickelschlauch 5d dringt, können im Abgasstrom P4'auch Rußpartikel enthalten sein, die von Filterelement 5k herausgefiltert werden. Insbesondere bei Ausfall des Dieselpartikelfilters könnten sonst größere Mengen an Ruß in die Abgasrückführung gelangen. Auch Fertigungsrückstände in den Balgwellen selbst können Probleme bereiten, wenn sie in die Abgasrückführung gelangen. Durch das Filterelement 5k werden so Schäden an dem nachfolgenden Abgaskühler, Verdichter und letztlich dem Verbrennungsmotor verhindert.
Das Filterelement 5k kann beispielsweise von einem Filter aus einem Metallgeflecht, Metalltressen oder Metallgestrick gebildet sein. Das Filterelement 5k kann auch als Ringfilter ausgeführt werden. Durch die motornahe Lage bleiben die Temperaturen hoch genug, um eine kontinuierliche Regeneration des Filterelements zu gewährleisten, so dass es nicht zu einem Zusetzen oder Versotten des Filterelements 5k kommen kann.
Anstelle eines seitlichen Auslasses 5l kann auch hier wieder eine doppelwandige Rohrleitung verbaut werden, ähnlich der auf der stromabwärtigen Seite. Ein Filterelement kann dabei beispielsweise ringförmig in dem Anschlussbereich zwischen Entkoppelelement und stromaufwärtiger Doppelrohrleitung angeordnet werden.
Alternativ kann das Entkoppelelement auch wie in den 3, 6 oder 7 ausgeführt werden. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Entkoppelelement 5" mit ovalem Querschnitt. Das Entkoppelelement 5" weist stirnseitig runde Anschlussborden 5c, 5c' für eine Abgasleitung und im ovalen Querschnitt versetzt dazu angeordneten Anschlussstutzen 51, 51' für einen rückgeführten Abgasstrom P4, P5.
Anschlussborde 5c, 5c' und Anschlussstutzen 51, 51' sind über ein entsprechendes Übergangsstück mit einem ovalen Wellbalg 5a des Entkoppelelements 5" verbunden. Der ovale Wellbalg 5a ist hier nur schematisch dargestellt. In seinem Inneren ist ein Wickelschlauch 5d mit kreisrundem Querschnitt angeordnet, der die Anschlussborde 5c, 5c' miteinander verbindet und den Abgasstrom P2, P3 leitet. Die Anschlussstutzen 51, 51' münden in einem Zwischenraum 5e zwischen dem ovalen Wellbalg 5a und dem kreisrunden Wickelschlauch 5d.
Das Anschlussbord 5c wird mit dem vom Motor kommenden Abgasrohr, z.B. dem Abgaskrümmer, verbunden. An das Anschlussbord 5c' wird die zum Partikelfilter oder Katalysator führende Abgasleitung angeschlossen. An den Anschlusstutzen 51' wird eine Abgasrückführleitung angeschlossen, welche einen gereinigten Abgasteilstrom P4' vom Partikelfilter bzw. Katalysator zum Motor zurückführt. Der rückgeführte Abgasteilstrom P4' strömt in dem Zwischenraum 5e zwischen Wellbalg 5a und innerem Wickelschlauch 5d zum motorseitigen Anschlusssutzen 51, an welchen die zum Motor führende Abgasrückführleitung angeschlossen wird.
In dem Zwischenraum 5e, welcher aufgrund des ovalen Querschnitts des Wellbalgs 5a recht groß ausfällt, ist vor dem Auslass 5l ein Filterelement 5k angeordnet. Dieser kann als Filtertüte, Filterkonus oder Filterkalotte ausgebildet sein. Der durch das Filterelement 5k hindurch geströmte, gereinigte Teilstrom P5 wird dann der Verbrennungsluft des Motors zugemischt.
Schematisch angedeutet ist in 9 außerdem, dass durch die Wicklungen des Wickelschlauchs 5d ein geringer Leckstrom P4" in den Zwischenraum 5e strömen kann, der Rußpartikel in die Abgasrückführung eintragen könnte. Diese werden durch das Filterelement 5k ebenso wie mögliche andere im Abgasteilstrom P4' mitgeschleppte Partikel zurückgehalten.

Claims

Verfahren für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (2), welche Abgasanlage ein Entkoppelelement (5', 5") mit einem flexiblen Leitungselement (5a) in Form eines Balgs und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement (5a) angeordneten Innenkomponente (5d) in Form eines Wickelschlauchs zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor (2) stammenden Abgasstroms (P2) aufweist, wobei der Abgasstrom (P2) durch die Innenkomponente (5d) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erwärmung des Abgasstroms (P2) ein vorgewärmtes gasförmiges Medium getrennt von dem Abgasstrom (P2) außerhalb der Innenkomponente (5d) über einen Zwischenraum (5e) zwischen dem flexiblen Leitungselement (5a) und der Innenkomponente (5d) durch das Entkoppelelement (5', 5") geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors (2) und/oder mittels einer optionalen Heizeinrichtung (12) vorgewärmtes gasförmiges Medium verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwecks Abgasrückführung zu einer stromaufwärts des Entkoppelelements (5', 5") angeordneten Einrichtung ein Teil (P4') des Abgasstroms (P2) stromabwärts des Entkoppelelements (5', 5") abgezweigt und getrennt von dem Abgasstrom (P2) außerhalb der Innenkomponente (5d) über einen Zwischenraum (5e) zwischen dem flexiblen Leitungselement (5a) und der Innenkomponente (5d) durch das Entkoppelelement (5', 5") zu der genannten Einrichtung rückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung zu einem Brennraum (3) des Verbrennmotors, vorzugsweise über einen Abgaskühler (1) und/oder einen Verdichter (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasrückführung über wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke (5g), vorzugsweise Wickelschlauch, Balg und/oder Rohrleitungselement, durch das Entkoppelelement (5', 5") erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchleitung des Mediums über wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke (5g), vorzugsweise Wickelschlauch, Balg und/oder Rohrleitungselement, durch das Entkoppelelement (5', 5") erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchleitung des Mediums in Strömungsrichtung (P2) des Abgasstroms durch das Entkoppelelement (5', 5") oder entgegengesetzt zur Strömungsrichtung (P2) des Abgasstroms durch das Entkoppelelement (5', 5") erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der rückgeführte Teil (P4') des Abgasstroms mittels eines in dem Entkoppelelement angeordneten Filters gefiltert wird.
Vorrichtung für ein Thermomanagement in einer Abgasanlage (1) für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor (2), welche Abgasanlage ein Entkoppelelement (5', 5") mit einem flexiblen Leitungselement (5a) und mit wenigstens einer in dem flexiblen Leitungselement angeordneten Innenkomponente (5d) zum Leiten eines von dem Verbrennungsmotor (2) stammenden Abgasstroms (P2) aufweist, wobei das flexible Leitungselement (5a) ein Balg und die Innenkomponente (5d) ein Wickelschlauch ist, gekennzeichnet durch eine Leitungseinrichtung (5e, 5g) zum Leiten eines Teils (P4') des Abgasstroms getrennt von dem Abgasstrom (P2) durch das Entkoppelelement (5', 5"), wobei die Leitungseinrichtung einen Bereich (5e) zwischen dem flexiblen Leitungselement (5a) und der Innenkomponente (5d) des Entkoppelelements (5', 5") umfasst und zumindest teilweise als ein weiterer Wickelschlauch (5g) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) weiterhin zum Leiten eines vorzugsweise vorgewärmten gasförmigen Mediums getrennt von dem Abgasstrom (P2) durch das Entkoppelungselement (5', 5") ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) mit einer Abgasklappe (7) oder dergleichen zusammenwirkt, um den Teil (P4') des Abgasstroms durch das Entkoppelelement (5', 5") zurückzuleiten.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung wenigstens eine zusätzliche Leitungsstrecke (5g) für den Teil-Abgasstrom (P4') und/oder das Medium umfasst, vorzugsweise Wickelschlauch, Balg und/oder Rohrleitungselement, welche zusätzliche Leitungsstrecke (5g) vorzugsweise einen von der Innenkomponente (5d) verschiedenen Querschnitt aufweist, höchst vorzugsweise einen gegenüber der Innenkomponente kleineren Querschnitt.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) in Wirkverbindung mit einer stromaufwärts des Entkoppelelements (5', 5") angeordneten Einrichtung, vorzugsweise einem Brennraum (3) des Verbrennungsmotors (2), steht, höchst vorzugsweise über einen Abgaskühler (10) und/oder einen Verdichter (11), und/oder dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) in Wirkverbindung mit dem Brennraum (3) des Verbrennungsmotors (2) steht, wobei vorzugsweise als vorgewärmtes gasförmiges Medium heißes Abgas des Verbrennungsmotors (2) verwendbar ist, und/oder mit einer separaten Heizeinrichtung (12) zum Vorwärmen des gasförmigen Mediums.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppelelement (5') einen runden Querschnitt aufweist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkoppelelement (5") einen etwa ovalen Querschnitt aufweist, wobei vorzugsweise die zusätzliche Leitungsstrecke (5g) parallel zu der Innenkomponente (5d) geführt ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) für den Teil-Abgasstrom (P4') und das Medium getrennte Strömungsführungen aufweist oder dass der Teil-Abgasstrom (P4') und das Medium alternierend über eine einzige Strömungsführung geführt sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungseinrichtung (5e, 5g) für die Durchleitung des Mediums in Strömungsrichtung (P2) des Abgasstroms durch das Entkoppelelement (5', 5") oder für die Durchleitung des Mediums entgegengesetzt zur Strömungsrichtung (P2) des Abgasstroms durch das Entkoppelelement (5', 5") ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Leitungselement (5a) eingangsseitig und/oder ausgangsseitig (5a', 5a") mit einem Lochblech versehen ist, welches Lochblech wenigstens zwei Löcher aufweist, sodass weitere Leitungselemente der Abgasanlage (1) in fluidtechnischer Wirkverbindung an das Entkoppelelement (5', 5") anschließbar sind.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen dem Entkoppelelement (5', 5") und der stromaufwärts des Entkoppelelements angeordneten Einrichtung ein thermischer Dehnkörper angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Innenkomponente (5d) und der zusätzlichen Leitungsstrecke (5g) wenigstens ein Abstützelement (5h) angeordnet ist, vorzugsweise aus Drahtgestrickematerial oder dergleichen, welches Abstützelement (5h) höchst vorzugsweise Acht-förmig, ringförmig oder als Ringsegment ausgebildet ist.
Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 20, bei dem in dem oder im Anschluss an das Entkoppelelement (5') ein Filterelement (5k) zur Filterung eines rückgeleiteten Abgasteilstroms (P4') angeordnet ist, welches in Kontakt mit der Leitungseinrichtung (5e) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der das Filterelement (5k) ausgebildet ist, Partikel ab einer Größe von zumindest 200 µm aus dem rückgeleiteten Abgasteilstrom (P4') zu filtern.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, bei der das Filterelement (5k) innerhalb des Entkoppelelements (5') vor einem Auslass (51) für einen zurückgeleiteten Abgasteilstrom (P4') angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei der das Filterelement (5k) als Ringfilter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei der das Filterelement als Filtertüte, Filterkonus oder Filterkalotte ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, bei der das Filterelement (5k) aus einem Metallgeflecht, Metalltressen oder Metallgestricke besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 26, bei der vor oder nach dem Entkoppelelement (5'), insbesondere zwischen dem Entkoppelelement (5') und mindestens einer stromabwärtigen Abgasreinigungseinrichtung (6), eine doppelwandige Rohrleitung mit einem inneren Rohr (15) und einem koaxial um das innere Rohr (15) liegenden äußeren Rohr vorgesehen ist, wobei das innere Rohr (15) mit der Innenkomponente (5d) und ein Ringspalt zwischen den beiden Rohren (15, 16) mit der genannten Leitungseinrichtung (5e) in fluidtechnischer Wirkverbindung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der in einem oder in beiden der Rohre (15, 16) der doppelwandigen Rohrleitung ein Dehnungselement (14) zur Kompensation thermischer Längenänderungen vorgesehen ist.