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Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens ist bereits der
US 2010/0005791 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst wenigstens ein Abgasführungselement, welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgaskanal aufweist. Das Abgasführungselement dient somit zum Führen des Abgases.
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Ferner umfasst die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Dosiereinrichtung, mittels welcher an wenigstens einer Zuführstelle ein Reduktionsmittel zum Entsticken des Abgases in den Abgaskanal einbringbar ist. Ferner ist ein in dem Abgaskanal angeordnetes Strömungsteilungselement vorgesehen, mittels welchem der Abgaskanal in einen ersten Teilkanal und einen zweiten Teilkanal unterteilt ist.
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Der erste Teilkanal ist von einer ersten Teilströmung des Abgases durchströmbar, wobei der zweite Teilkanal von einer zweiten Teilströmung des Abgases durchströmbar ist. Mit anderen Worten wird das Abgas beziehungsweise eine Gesamtströmung des Abgases mittels des Strömungsteilungselements in die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung aufgeteilt, wobei die erste Teilströmung den korrespondierenden ersten Teilkanal und die zweite Teilströmung den korrespondierenden zweiten Teilkanal durchströmt. Das Strömungsteilungselement weist dabei einen von der ersten Teilströmung durchströmbaren und sich in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung erweiternden Kanalbereich auf, sodass das Strömungsteilungselement zumindest in dem Teilbereich als Konus ausgebildet ist.
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Ferner offenbart die
DE 10 2009 053 950 A1 eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen in einer Abgasanlage von Brennkraftmaschinen. Auch hierbei ist eine Dosiereinrichtung zur Zuführung von Reduktionsmittel vorgesehen.
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Schließlich offenbart die
WO 2012/047159 A1 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem von Abgas durchströmbaren Abgasführungselement und mit einer Dosiereinrichtung, mittels welcher in das Abgasführungselement ein Reduktionsmittel einbringbar ist.
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Das Reduktionsmittel dient zum Entsticken des Abgases. Darunter ist zu verstehen, dass das Abgas der beispielsweise als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine Stickoxide (NOx) enthalten kann, welche zumindest teilweise mit Hilfe des Reduktionsmittels entfernt beziehungsweise beseitigt werden. Hierbei können die Stickoxide beispielsweise mit Ammoniak (NH3) aus dem Reduktionsmittel zu Stickstoff und Wasser reagieren. Diese Reaktion erfolgt beispielsweise im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR), insbesondere in einem von dem mit dem Reduktionsmittel versetzten Abgas durchströmbaren SCR-Katalysator, welcher Bestandteil der Abgasnachbehandlungseinrichtung sein kann.
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Üblicherweise ist das Reduktionsmittel eine wässrige Lösung, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, welche beispielsweise mittels der Dosiereinrichtung in den Abgaskanal eingebracht, insbesondere eingespritzt, wird. Es hat sich dabei gezeigt, dass es zu Ablagerungen und insbesondere Harnstoffablagerungen insbesondere im Inneren der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise des Abgasführungselements kommen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass übermäßige Ablagerungen des Reduktionsmittels vermieden werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass Ablagerungen des Reduktionsmittels, das heißt insbesondere Harnstoffablagerungen oder aus Harnstoff resultierende Ablagerungen, so weit als möglich vermieden werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem zweiten Teilkanal ein zweites Strömungsteilungselement angeordnet ist. Durch das zweite Strömungsteilungselement ist der zweite Teilkanal in einen ersten Unterkanal, einen zweiten Unterkanal und einen dritten Unterkanal unterteilt beziehungsweise aufgeteilt. Der erste Unterkanal ist dabei von einer ersten Unterströmung des Abgases durchströmbar, wobei der zweite Unterkanal von einer zweiten Unterströmung des Abgases durchströmbar ist. Außerdem ist der dritte Unterkanal von einer dritten Unterströmung des Abgases durchströmbar. Die genannten Unterströmungen sind dabei jeweilige weitere Teilströmungen der zweiten Teilströmung, welche somit die Unterströmungen umfasst. Mit anderen Worten wird die den zweiten Teilkanal durchströmende zweite Teilströmung mittels des zweiten Strömungselements in die Unterströmungen aufgeteilt, sodass das Abgas beziehungsweise eine Gesamtströmung des Abgases nicht nur mittels des ersten Strömungsteilungselements in die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung, sondern auch mittels des zweiten Strömungsteilungselements in die Unterströmungen weiter aufgeteilt wird.
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Das zweite Strömungsteilungselement weist dabei einen von der zweiten Unterströmung und der dritten Unterströmung durchströmbaren und sich in Strömungsrichtung der zweiten Unterströmung und der dritten Unterströmung erweiternden Kanalbereich auf. Da sich der erste Kanalbereich aufweitet, ist das erste Strömungsteilungselement beziehungsweise der erste Kanalbereich als Konus ausgebildet. Dabei ist das zweite Strömungsteilungselement beziehungsweise der zweite Kanalbereich ebenfalls als Konus ausgebildet. Durch den Einsatz nicht nur des ersten Strömungsteilungselements, sondern insbesondere auch des zweiten Strömungsteilungselements kann die Gesamtströmung des Abgases mehrfach aufgeteilt werden, bevor das Abgas zur Zuführstelle und somit beispielsweise zu einer an der Zuführstelle angeordneten Düse, über welche das Reduktionsmittel in das Abgasführungselement eingebracht wird, gelangt. Die zur Düse geleiteten Unterströmungen haben insbesondere die Aufgabe, das Reduktionsmittel zu stützen. Das Reduktionsmittel wird beispielsweise unter Ausbildung eines Strahls oder eines Sprays in das Abgasführungselement eingebracht, wobei die Unterströmungen insbesondere die Aufgabe haben, das Spray zu stützen und zuverlässig aus einem düsennahen Bereich heraus zu transportieren, um dort Ablagerungen des Reduktionsmittels zu vermeiden. Die übrigen Unterströmungen und die erste Teilströmung sorgen für eine großflächige Verteilung des Sprays beziehungsweise Reduktionsmittels an Wandungsbereichen in düsenfernen Bereichen, um dort die sogenannte Flächenlast und damit die Auskühlung des Abgasführungselements zumindest gering zu halten. Dadurch kann die Gefahr, dass es zu Ablagerungen des Reduktionsmittels kommt, besonders gering gehalten werden.
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Dadurch ist es bei der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich, bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen gegenüber üblichen Abgasnachbehandlungseinrichtungen besonders hohe Dosierraten zu realisieren, das heißt besonders hohe Mengen des Reduktionsmittels in das Abgasführungselement einzubringen, ohne dass es zu übermäßigen Ablagerungen kommt. Durch den Einsatz des zweiten Strömungsteilungselements ist nämlich eine besonders vorteilhafte Harnstoffaufbereitung ohne oder nur mit sehr geringer Ablagerungsbildung realisierbar trotz besonders hoher Dosierraten und geringerer Temperaturen. Dabei ist es insbesondere möglich, Ablagerungen sowohl in düsennahen als auch in düsenfernen Bereichen zu vermeiden. Dadurch, dass die Flächenlast von Wandungsbereichen, welche mit Reduktionsmittel gegebenenfalls beaufschlagt werden, gering gehalten werden kann, kann die Auskühlung dieser Wandungsbereiche gering gehalten werden. Daraus resultiert eine besonders vorteilhafte Verdampfung der eingebrachten Menge des Reduktionsmittels.
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Durch die vorteilhafte, mittels des zweiten Strömungsteilungselements bewirkbaren Aufbereitung des Reduktionsmittels, welches beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung ist, können auch besonders hohe Mengen des Reduktionsmittels eingebracht werden, um dadurch das Abgas besonders gut entsticken zu können. Insbesondere ist es möglich, eine besonders vorteilhafte Durchmischung von aus dem Reduktionsmittel freigesetztem Ammoniak bis zu einem Eintritt in einen SCR-Katalysator zu realisieren, wodurch besonders hohe Umsätze im SCR-Katalysator darstellbar sind (SCR – selektive katalytische Reduktion). Ein weiterer Vorteil ist, dass trotz des Einsatzes des zweiten Strömungsteilungselements und insbesondere durch dessen spezielle Ausgestaltung der Abgasgegendruck gering gehalten werden kann, sodass die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung einen besonders effizienten und somit kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht. Somit ist das zweite Strömungsteilungselement zumindest nahezu kraftstoffverbrauchsneutral einsetzbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Kanalbereich zumindest teilweise im ersten Kanalbereich angeordnet. Mit anderen Worten ist es beispielsweise vorgesehen, dass der zweite Kanalbereich zumindest teilweise in den ersten Kanalbereich hineinragt. Dadurch können eine besonders vorteilhafte Strömungsaufteilung und Strömungsführung des Abgases realisiert werden, sodass die Gefahr von Ablagerungen besonders gering gehalten werden kann.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Reduktionsmittel in eine Einspritzrichtung in den zweiten Kanal einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist, wobei sich die Kanalbereiche jeweils entlang der Einspritzrichtung erweitern. Mit anderen Worten fällt die Einspritzrichtung mit einer Richtung zusammen, in die sich die Kanalbereiche erweitern. Dies bedeutet, dass die Kanalbereiche jeweilige Durchgangsrichtungen aufweisen, in die die Kanalbereiche von dem Abgas durchströmbar sind. Die jeweilige Durchgangsrichtung fällt dabei mit der Einspritzrichtung zusammen. Da der Strahl beziehungsweise das Spray des Reduktionsmittels beispielsweise zumindest teilweise in die Kanalbereiche gelangt, kann die Gefahr von Ablagerungen besonders gering gehalten werden.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Reduktionsmittel unter Ausbildung des Strahls beziehungsweise Sprays entlang einer mit der Einspritzrichtung zusammenfallenden, gedachten Geraden in den zweiten Teilkanal einbringbar ist, wobei die Kanalbereiche jeweils koaxial zur Geraden angeordnet sind. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Gerade mit jeweiligen Mittelachsen der Kanalbereiche zusammenfällt. Hierdurch kann eine übermäßige Ablagerung von Reduktionsmittel an Wandungsbereichen vermieden werden.
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Ist der Strahl beziehungsweise das Spray beispielsweise zumindest im Wesentlichen kegelförmig oder kegelstumpfförmig, so ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die gedachte Gerade mit der Mittelachse des Kegels beziehungsweise des Kegelstumpfs zusammenfällt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der erste Teilkanal durch einen ersten Oberflächenbereich des ersten Strömungsteilungselements und einen dem ersten Oberflächenbereich zugewandten ersten Teil einer Innenseite des Abgasführungselements begrenzt, wobei der zweite Teilkanal durch einen dem ersten Oberflächenbereich abgewandten zweiten Oberflächenbereich des ersten Strömungsteilungselements und einen dem zweiten Oberflächenbereich zugewandten zweiten Teil der Innenseite des Abgasführungselements begrenzt ist. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Strömungsaufteilung realisiert werden, sodass übermäßige Ablagerungen des Reduktionsmittels sicher vermieden werden können. Ferner kann eine besonders vorteilhafte Strömungsführung des Abgases realisiert werden, sodass der Abgasgegendruck in der Abgasnachbehandlungseinrichtung gering gehalten werden kann.
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Um eine besonders vorteilhafte Strömungsführung und Strömungsaufteilung zu realisieren, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der erste Unterkanal durch einen dritten Teil des zweiten Oberflächenbereichs des ersten Strömungsteilungselements und einen dem dritten Teil zugewandten dritten Oberflächenbereich des zweiten Strömungsteilungselements begrenzt ist, wobei der dritte Unterkanal durch einen dem dritten Oberflächenbereich abgewandten vierten Oberflächenbereich des zweiten Strömungselements und einen dem vierten Oberflächenbereich zugewandten fünften Oberflächenbereich des zweiten Strömungselements begrenzt ist.
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Ferner hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der zweite Unterkanal durch einen dem fünften Oberflächenbereich abgewandten, sechsten Oberflächenbereich des zweiten Strömungsteilungselements und einen dem sechsten Oberflächenbereich zugewandten Teilbereich des zweiten Teils der Innenseite des Abgasführungselements begrenzt ist. Dadurch lässt sich eine besonders vorteilhafte Strömungsführung und Strömungsaufteilung realisieren, sodass übermäßige Ablagerungen vermieden werden können.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass dem dritten Unterkanal gerade Leitelemente zum Leiten des Abgases zugeordnet sind. Bei den geraden Leitelementen handelt es sich beispielsweise um gerade Flügel, welche zumindest im Wesentlichen eben beziehungsweise flächig oder planar ausgebildet sind und hierdurch eine zumindest im Wesentlichen symmetrische Anströmung an der Düse ermöglichen.
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Zur Realisierung einer besonders symmetrischen Anströmung an der Düse ist es beispielsweise möglich, ein zumindest im Wesentlichen vertikales Leitelement insbesondere in Form eines Blechs zu verwenden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind gebogene Leitelemente zum Bewirken einer zumindest im Wesentlichen drallförmigen Strömung zumindest eines Teils des Abgases vorgesehen. Mittels der beispielsweise als gebogene Flügel ausgebildeten gebogenen Leitelemente kann zumindest einem Teil des Abgases eine drallförmige Strömung aufgeprägt werden, sodass eine vorteilhafte Verwirbelung des Abgases darstellbar ist. Infolge dieser Verwirbelung kann das Abgas besonders gut mit dem Reduktionsmittel durchmischt werden, sodass eine besonders gute Aufbereitung des Reduktionsmittels darstellbar ist. In der Folge können übermäßige Ablagerungen vermieden werden.
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Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die gebogenen Leitelemente im zweiten Teilkanal angeordnet sind. Dadurch kann im zweiten Kanalbereich, das heißt im inneren, zweiten Konus eine Drallströmung realisiert werden. Ziel hierbei ist es, eine Ablösung beziehungsweise Strömungsablösung im inneren Konus trotz großem Öffnungswinkel des inneren Konus zu vermeiden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einem Abgasführungselement, welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgaskanal aufweist, in welchem ein erstes Strömungsteilungselement und ein zweites Strömungsteilungselement zur Strömungsaufteilung des Abgases angeordnet sind;
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2 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
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3 ausschnittsweise eine weitere schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
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4 ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Rückansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
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5 eine schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung entlang einer in 4 gezeigten Schnittlinie A-A;
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6 eine vergrößerte Darstellung eines in 5 mit B bezeichneten Bereichs der Abgasnachbehandlungseinrichtung;
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7a–e jeweils ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Veranschaulichung der Funktionen der Strömungsteilungselemente; und
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8 eine schematische Schnittansicht der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine ist beispielsweise als Dieselmotor ausgebildet und dient zum Antreiben des Kraftwagens. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst wenigstens ein Abgasführungselement 10, welches zumindest einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren und im Ganzen mit 12 bezeichneten Abgaskanal aufweist. Der Abgaskanal 12 erstreckt sich in ein Mischrohr 14 des Abgasführungselements 10, wobei das Mischrohr 14 insbesondere zum Mischen des Abgases mit einem Reduktionsmittel dient.
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Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst ferner eine in 1 besonders schematisch dargestellte Dosiereinrichtung 16, mittels welcher an wenigstens einer Zuführstelle 18 das Reduktionsmittel in den Abgaskanal 12 einbringbar, insbesondere einspritzbar, ist. Das Reduktionsmittel dient zum Entsticken des Abgases. Darunter ist zu verstehen, dass mit Hilfe des Reduktionsmittels im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden. Das Reduktionsmittel ist beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, aus welcher im Abgaskanal 12 nach dem Einbringen in den Abgaskanal 12 Ammoniak (NH3) freigesetzt wird. Die im Abgas enthaltenen Stickoxide können mit dem Ammoniak im Rahmen einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu Stickstoff und Wasser reagieren.
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In Zusammenschau mit 8 ist erkennbar, dass stromauf der Zuführstelle 18 ein Partikelfilter 20 angeordnet ist, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Da die Verbrennungskraftmaschine vorliegend als Dieselmotor ausgebildet ist, ist der Partikelfilter 20 ein Dieselpartikelfilter (DPF). An den Partikelfilter 20 schließt sich eine Sammelkammer 22 an, in welcher sich das Abgas sammeln kann. Das Abgas kann dann von der Sammelkammer 22 in das Mischrohr 14 strömen, was im Folgenden noch genauer erläutert wird. Der Partikelfilter 20 dient dazu, Partikel und insbesondere Rußpartikel aus dem Abgas zu filtern.
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Stromab der Zuführstelle 18 und insbesondere stromab des Mischrohrs 14 ist beispielsweise wenigstens ein SCR-Katalysator der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Mittels des SCR-Katalysators, welcher von dem Abgas und dem in das Abgas eindosierten beziehungsweise eingebrachten Reduktionsmittel durchströmbar ist, wird die selektive katalytische Reduktion bewirkt beziehungsweise unterstützt.
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Aus 1 ist erkennbar, dass das Reduktionsmittel unter Ausbildung eines Strahls in den Abgaskanal 12 eingebracht wird, wobei der Strahl als Spray 24 bezeichnet ist. Das Spray 24 ist dabei zumindest im Wesentlichen kegelförmig ausgebildet beziehungsweise weist eine Kegelform auf, deren Mittelachse in 1 mit 26 bezeichnet ist. Die Mittelachse 26 ist eine gedachte Gerade, welche mit einer Einspritzrichtung zusammenfällt, in die das Reduktionsmittel mittels der Dosiereinrichtung 16 an der Zuführstelle 18 in den Abgaskanal 12 eingebracht und insbesondere eingespritzt wird. Dies bedeutet, dass sich das Spray 24 entlang der Einspritzrichtung und somit entlang der Mittelachse 26 von der Dosiereinrichtung 16 weg ausbreitet.
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In dem Abgaskanal 12 ist nun ein erstes Strömungsteilungselement 28 angeordnet, mittels welchem der Abgaskanal 12 in einen ersten Teilkanal 30 und einen zweiten Teilkanal 32 unterteilt beziehungsweise aufgeteilt ist. Der erste Teilkanal 30 ist dabei von einer durch einen Richtungspfeil 34 veranschaulichten, ersten Teilströmung des Abgases durchströmbar. Der zweite Teilkanal 32 ist von einer durch einen Richtungspfeil 36 veranschaulichten zweiten Teilströmung des Abgases durchströmbar. Dies bedeutet, dass das Abgas, insbesondere eine Gesamtströmung des Abgases, mittels des ersten Strömungsteilungselements 28 in die erste Teilströmung und die zweite Teilströmung aufgeteilt wird. Dabei weist das erste Strömungsteilungselement 28 einen sich in Strömungsrichtung der ersten Teilströmung erweiternden Kanalbereich 38 auf, welcher somit ein erster Konus ist.
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Der erste Konus (erster Kanalbereich 38) ist dabei koaxial zur Mittelachse 26 angeordnet, sodass die Mittelachse des ersten Konus mit der Mittelachse 26 zusammenfällt. Stromauf des ersten Kanalbereichs 38 weist das erste Strömungsteilungselement 28 einen Wandungsbereich 40 auf, welcher zumindest im Wesentlichen vertikal beziehungsweise senkrecht zur Mittelachse 26 verläuft. Das Strömungsteilungselement 28 ist beispielsweise aus Blech gebildet. Da der Wandungsbereich 40 stromauf des ersten Kanalbereichs 38 angeordnet ist, wird die Gesamtströmung zunächst mittels des Wandungsbereichs 40 aufgeteilt. Der erste Teilkanal 30 ist dabei auf einer ersten Seite 42 des Strömungsteilungselements 28 angeordnet, wobei der zweite Teilkanal 32 auf einer der ersten Seite 42 abgewandten, zweiten Seite 44 des ersten Strömungsteilungselements 28 angeordnet ist.
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Im Bereich der Zuführstelle 18 weist die Dosiereinrichtung 16 beispielsweise eine Düse auf, mittels welcher das Reduktionsmittel unter Ausbildung des Sprays 24 in den Abgaskanal 12 eingespritzt wird. Der zumindest im Wesentlichen vertikale und beispielsweise aus Blech gebildete Wandungsbereich 40 ermöglicht dabei insbesondere die Realisierung einer zumindest im Wesentlichen symmetrischen Anströmung an der Düse beziehungsweise der Zuführstelle 18.
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Um nun auch bei hohen Dosierraten, das heißt bei hohen Mengen des in den Abgaskanal 12 eingebrachten Reduktionsmittels die Gefahr von Ablagerungen des Reduktionsmittels gering zu halten beziehungsweise übermäßige Ablagerungen zu vermeiden, ist in dem zweiten Teilkanal 32 ein zweites Strömungsteilungselement 46 angeordnet, welches beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff beziehungsweise Blech gebildet sein kann. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird durch das zweite Strömungsteilungselement 46 eine weitere Strömungsteilung des Abgases, insbesondere der zweiten Teilströmung, bewirkt, sodass eine besonders vorteilhafte Aufbereitung des Reduktionsmittels realisiert werden kann. Infolge dieser Aufbereitung kann das Reduktionsmittel besonders gut mit dem Abgas vermischt werden, sodass Ablagerungen des Reduktionsmittels im Inneren der Abgasführungseinrichtung zumindest gering gehalten werden können.
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Durch das zweite Strömungsteilungselement 46 ist der zweite Teilkanal 32 in einen ersten Unterkanal 48, einen zweiten Unterkanal 50 und einen zwischen dem ersten Unterkanal 48 und dem zweiten Unterkanal 50 angeordneten dritten Unterkanal 52 unterteilt. Die Unterkanäle 48, 50 und 52 sind somit weitere Teilkanäle des zweiten Teilkanals 32, wobei der erste Unterkanal 48 von einer ersten Unterströmung, der zweite Unterkanal 50 von einer zweiten Unterströmung und der dritte Unterkanal 52 von einer dritten Unterströmung des Abgases durchströmbar ist. Dies bedeutet, dass die zweite Teilströmung des Abgases mittels des zweiten Strömungsteilungselements 46 weiter in die drei Unterströmungen aufgeteilt wird, wodurch die Gefahr von Ablagerungen besonders gering gehalten werden kann. Dabei weist das zweite Strömungsteilungselement 46 einen von der zweiten und dritten Unterströmung durchströmbaren und sich in Strömungsrichtung der zweiten und dritten Unterströmung erweiternden, zweiten Kanalbereich 54 auf, welcher somit ein zweiter Konus ist.
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Durch einen Richtungspfeil 56 ist die erste Unterströmung veranschaulicht, wobei durch einen Richtungspfeil 58 die zweite Unterströmung veranschaulicht ist. Ferner ist durch einen Richtungspfeil 60 die dritte Unterströmung veranschaulicht. Die durch den Richtungspfeil 34 veranschaulichte erste Teilströmung dient insbesondere dazu, das Spray 24 vor einem Hauptstrom zu schützen. Die erste Unterströmung, welche durch den Richtungspfeil 56 veranschaulicht ist, dient insbesondere dazu, zu verhindern, dass das Spray 24 auf den ersten, äußeren Konus (erster Kanalbereich 38) auftrifft. Die durch den Richtungspfeil 58 veranschaulichte zweite Unterströmung dient dazu, den Impuls des Sprays 24 zu erhöhen und das Spray 24 in das Mischrohr 14 hinauszubefördern. Schließlich dient die durch den Richtungspfeil 60 veranschaulichte dritte Unterströmung dazu, zu verhindern, dass das Spray 24 den inneren, zweiten Konus (zweiter Kanalbereich 54) trifft und zum Erhöhen des Impulses des Sprays 24.
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Um die Gefahr von Ablagerungen besonders gering zu halten, ist – wie aus 1 erkennbar ist – der innere zweite Konus zumindest teilweise im äußeren ersten Konus angeordnet. Vorliegend ragt ein Teilbereich des inneren Konus in den äußeren Konus hinein. Die Zuführstelle 18 ist dabei im zweiten Teilkanal 32 und vorliegend im zweiten Unterkanal 50 angeordnet, wobei das Spray 24 den inneren Konus durchdringt und bis in den äußeren Konus reicht.
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Aus 1 ist ferner erkennbar, dass auch die Mittelachse des Kanalbereichs 54 mit der Mittelachse 26 zusammenfällt, sodass die Kanalbereiche 38 und 54 koaxial zueinander und koaxial zur Mittelachse 26 angeordnet sind. Dabei erweitert sich der zweite Kanalbereich 54 in die Einspritzrichtung des Sprays 24 und somit entlang der Mittelachse 26 von der Dosiereinrichtung 16 weg wie auch der erste Kanalbereich 38.
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Der erste Teilkanal 30 ist durch einen ersten Oberflächenbereich 62 des ersten Strömungsteilungselements 28 und einen dem ersten Oberflächenbereich 62 zugewandten ersten Teil 64 einer den Abgaskanal 12 begrenzenden Innenseite 66 des Abgasführungselements 10 begrenzt. Der zweite Teilkanal 32 ist durch einen dem ersten Oberflächenbereich 62 abgewandten, zweiten Oberflächenbereich 68 des ersten Strömungsteilungselements 28 und einen dem zweiten Oberflächenbereich 68 zugewandten zweiten Teil 70 der Innenseite 66 des Abgasführungselements 10 begrenzt.
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Der erste Unterkanal 48 ist durch einen dritten Teil 72 des zweiten Oberflächenbereichs 68 des ersten Strömungsteilungselements 28 und einen dem dritten Teil 72 zugewandten dritten Oberflächenbereich 74 des zweiten Strömungsteilungselements 46 begrenzt. Der dritte Unterkanal 52 ist durch einen dem dritten Oberflächenbereich 74 abgewandten vierten Oberflächenbereich 76 des zweiten Strömungsteilungselements 46 und einen dem vierten Oberflächenbereich 76 zugewandten fünften Oberflächenbereich 78 des zweiten Strömungsteilungselements 46 begrenzt.
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Ferner ist der zweite Unterkanal 50 durch einen dem fünften Oberflächenbereich 78 abgewandten, sechsten Oberflächenbereich 80 des zweiten Strömungsteilungselements 46 und einen dem sechsten Oberflächenbereich 80 zugewandten Teilbereich des zweiten Teils 70 der Innenseite 66 des Abgasführungselements 10 begrenzt.
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In 2 ist eine prozentuale Aufteilung des Gesamtmassenstroms durch das Abgasführungselement 10 veranschaulicht. Der Anteil der durch den Richtungspfeil 34 veranschaulichten ersten Teilströmung am Gesamtmassenstrom beträgt mindestens 55 Prozent und höchstens 75 Prozent. Der Anteil der durch den Richtungspfeil 36 veranschaulichten zweiten Teilströmung am Gesamtmassenstrom, insbesondere Gesamtabgasmassenstrom, beträgt mindestens 25 Prozent und höchstens 45 Prozent. Die erste Unterströmung ist in 2 durch Richtungspfeile 56 veranschaulicht. Der Anteil der ersten Unterströmung am Gesamtmassenstrom beträgt mindestens 22 Prozent und maximal 40 Prozent. Der Anteil einer in 2 durch einen Richtungspfeil 82 veranschaulichten Strömung durch den inneren zweiten Konus am Gesamtmassenstrom beträgt beispielsweise mindestens 2,5 Prozent und höchstens 7,5 Prozent.
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Die zweite Unterströmung ist in 2 mit 84 bezeichnet, wobei der Anteil der zweiten Unterströmung 84 am Gesamtmassenstrom etwa 0 Prozent bis 2 Prozent beträgt. Die dritte Unterströmung ist in 2 mit 86 bezeichnet, wobei der Anteil der dritten Unterströmung 86 am Gesamtmassenstrom mindestens 3 Prozent und höchstens 6,5 Prozent beträgt.
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3 zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht, wobei in 3 eine Schnittlinie A-A gezeigt ist. Aus 3 bis 5 ist besonders gut der zumindest im Wesentlichen vertikale Wandungsbereich 40 erkennbar, wodurch ein zumindest im Wesentlichen vertikales Blech zur Realisierung einer symmetrischen Anströmung an der Düse gebildet ist. 6 zeigt einen in 5 mit B bezeichneten Bereich in einer vergrößerten Ansicht. Wie aus 4 bis 6 erkennbar ist, sind im dritten Unterkanal 52 gerade Leitelemente in Form von geraden Flügeln 88 zugeordnet, durch welche eine zumindest im Wesentlichen symmetrische Anströmung an der Düse realisierbar ist. Darüber hinaus sind gebogene Leitelemente in Form von gebogenen Flügeln 90 vorgesehen, wobei die gebogenen Leitelemente beispielsweise dem zweiten Teilkanal 32 und insbesondere dem dritten Unterkanal 52 zugeordnet sind, um dadurch eine Drallströmung beziehungsweise eine zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des Abgases im inneren zweiten Konus zu realisieren. Ziel hierbei ist, eine Ablösung im inneren zweiten Konus trotz eines großen Öffnungswinkels des inneren zweiten Konus zu vermeiden.
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Eine solche zumindest im Wesentlichen drallförmige Strömung des Abgases ist in 8 in einem Bereich C gezeigt. Diese drallförmige Strömung verläuft zumindest im Wesentlichen spiralförmig oder schraubenförmig um eine Längsachse, welche mit der Hauptströmungsrichtung zusammenfällt, in die das Abgas das Mischrohr 14 durchströmt.
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Ferner ist in 8 ein Bereich D gezeigt, in welchem das Abgas aufgeteilt wird. In einem Bereich E erfolgt eine Strömungsführung des Abgases, welche insbesondere durch das zweite Strömungsteilungselement 46 bewirkt wird. Hierdurch kann an der Düse ein Teilstrom erzeugt werden, um das Spray 24 zu stützen und aus einem düsennahen Bereich ohne Wandbenetzung heraus zu transportieren. Eine Hauptströmung kann in das Mischrohr 14 gelangen, wobei dieser Hauptströmung ein Drall aufgeprägt werden kann, um eine großflächige Benetzung zu erreichen. Dadurch kann an der Innenseite 66 eine geringe Flächenlast vermieden werden, sodass ein übermäßiger Temperaturabfall vermieden werden kann. In der Folge kann das Reduktionsmittel verdampfen, wodurch übermäßige Ablagerungen vermieden werden können.
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Das düsennahe zweite Strömungsteilungselement 46 dient somit insbesondere dazu, eine düsennahe Teilströmung insbesondere in Form der zweiten Unterströmung zu realisieren, um die Düse selbst zu spülen und den Sprayimpuls zu erhöhen, damit das Reduktionsmittel beziehungsweise dessen Tropfen in Richtung des Mischrohrs 14 transportiert werden. Hierbei kann eine weitere, nicht skizzierte Strömungsteilung erfolgen. Die erste und/oder dritte Unterströmung dient zur Realisierung eines Mantels um das Spray 24, um zu verhindern, dass der äußere erste Konus benetzt wird. Strömungs-Ablösungen an jeweiligen Innenwänden der beiden Koni sind vorzugsweise zu vermeiden, wobei eine anliegende Strömung parallel zu den jeweiligen Innenwänden angestrebt wird. Dadurch können Tropfen abtransportiert und eine Wandbenetzung vermieden werden. Ferner kann der Wärmeeintrag in die Wände erhöht werden, um im Fall von Benetzungen die Verdampfung des Reduktionsmittels sicherzustellen.
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7a–e zeigen jeweilige Schnittansichten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, um jeweilige Funktionen zu veranschaulichen. 7a veranschaulicht die Strömung des Abgases ohne jegliches Strömungsteilungselement und Leitelement. Die Strömung des Abgases ist in 7a durch einen Richtungspfeil 91 veranschaulicht, wobei ein Richtungspfeil 92 die Strömung des Reduktionsmittels veranschaulicht.
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In 7b ist der Wandungsbereich 40 vorgesehen, durch welchen das Abgas beziehungsweise dessen Strömung aufgeteilt werden kann, wobei die Strömung des Abgases in 7b durch Richtungspfeile 91 veranschaulicht ist.
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7c zeigt die Abgasnachbehandlungseinrichtung mit dem ersten äußeren Konus (erstes Strömungsteilungselement 28), wobei der äußere Konus das Spray 24 vor der Abgasströmung schützt.
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In 7d ist die Funktion des inneren Konus (zweites Strömungsteilungselement 46) veranschaulicht. Der innere Konus schützt das Spray 24 vor einer seitlichen Stützströmung. Ferner ist aus 7e erkennbar, dass der innere Konus die Strömung führt, um das Spray 24 von hinten zu unterstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasführungselement
- 12
- Abgaskanal
- 14
- Mischrohr
- 16
- Dosiereinrichtung
- 18
- Zuführstelle
- 20
- Partikelfilter
- 22
- Sammelkammer
- 24
- Spray
- 26
- Mittelachse
- 28
- erstes Strömungsteilungselement
- 30
- erster Teilkanal
- 32
- zweiter Teilkanal
- 34
- Richtungspfeil
- 36
- Richtungspfeil
- 38
- erster Kanalbereich
- 40
- Wandungsbereich
- 42
- erste Seite
- 44
- zweite Seite
- 46
- zweites Strömungsteilungselement
- 48
- erster Unterkanal
- 50
- zweiter Unterkanal
- 52
- dritter Unterkanal
- 54
- zweiter Kanalbereich
- 56
- Richtungspfeil
- 58
- Richtungspfeil
- 60
- Richtungspfeil
- 62
- erster Oberflächenbereich
- 64
- erster Teil
- 66
- Innenseite
- 68
- zweiter Oberflächenbereich
- 70
- zweiter Teil
- 72
- dritter Teil
- 74
- dritter Oberflächenbereich
- 76
- vierter Oberflächenbereich
- 78
- fünfter Oberflächenbereich
- 80
- sechster Oberflächenbereich
- 82
- Richtungspfeil
- 84
- zweite Unterströmung
- 86
- dritte Unterströmung
- 88
- gerade Flügel
- 90
- gebogene Flügel
- 91
- Richtungspfeil
- 92
- Richtungspfeil
- B
- Bereich
- C
- Bereich
- D
- Bereich
- E
- Bereich
-
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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010/0005791 A1 [0002]
- DE 102009053950 A1 [0005]
- WO 2012/047159 A1 [0006]
