DE102017100787A1 - Exhaust Aftertreatment Assembly and Method of Making Such Exhaust Aftertreatment Assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsbaugruppe für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und einem stromabwärts des Katalysators angeordneten Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung), wobei stromabwärts des Katalysator und stromaufwärts des Partikelfilters ein Reduktionmittel in die Abgasnachbehandlungsbaugruppe eindosiert wird. Dabei wird das Abgas umgelenkt und durch einen Abgasmischer geleitet, welcher eine Mehrzahl von Flügeln aufweist und insbesondere als Fächerkranz ausgebildet ist, sodass sich das Reduktionsmittel mit dem Abgas vor Eintritt in den Partikelfilter bestmöglich vermischt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Abgasnachbehandlungsbaugruppe, wobei der Katalysator, insbesondere ein NOx-Speicherkatalysator oder ein Dieseloxidationskatalysator, der Abgasmischer und der Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden.The invention relates to an exhaust aftertreatment assembly for an internal combustion engine having a catalyst and a downstream of the catalyst arranged particulate filter with a selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating), wherein downstream of the catalyst and upstream of the particulate filter, a reducing agent is metered into the exhaust aftertreatment assembly. In this case, the exhaust gas is deflected and passed through an exhaust gas mixer, which has a plurality of blades and is designed in particular as a fan ring, so that the reducing agent mixed with the exhaust gas before entering the particulate filter as best as possible. The invention further relates to a method for producing such an exhaust aftertreatment assembly in which the catalyst, in particular a NOx storage catalyst or a diesel oxidation catalyst, the exhaust gas mixer and the particle filter with the SCR coating are arranged in a common housing.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsbaugruppe zur Abgasnachbehandlung der Abgase eines Verbrennungsmotors. Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sind im Allgemeinen aus 32,5% Harnstoff und 67,5% Wasser zusammen.The invention relates to an exhaust aftertreatment assembly for exhaust aftertreatment of the exhaust gases of an internal combustion engine. The current and increasingly stringent future exhaust gas legislation places high demands on the engine raw emissions and the exhaust aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of emission standards with regard to permissible nitrogen oxide emissions pose a challenge to engine developers. In gasoline engines, exhaust gas purification takes place in a known manner via a three-way catalytic converter, as well as the three-way catalytic converter. Catalyst upstream and downstream further catalysts. For diesel engines exhaust gas aftertreatment systems are currently used, which have an oxidation catalyst, a catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalyst) and a particle filter for the separation of soot particles and optionally other catalysts. The reducing agent used is preferably ammonia. Because the handling of pure ammonia is complicated, in vehicles usually a synthetic, aqueous urea solution is used, which is mixed in a SCR catalyst upstream mixing device with the hot exhaust gas stream. By this mixing, the aqueous urea solution is heated, wherein the aqueous urea solution releases ammonia in the exhaust gas passage. A commercial aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.
Um nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors die Katalysatoren auf eine Betriebstemperatur zu bringen, ist eine möglichst motornahe Anordnung der Katalysatoren wünschenswert. Dies ist jedoch nicht immer möglich, da der Bauraum begrenzt ist. Daher werden SCR-Katalysatoren und Rußpartikelfilter oftmals in einer motorfernen Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Es sind motornahe SCR-Systeme bekannt, bei denen ein SCR-Katalysator und eine Rußpartikelfilter über einen Trichter verbunden sind. Durch die Trichtergeometrie wird versucht, den Gegendruck im Abgaskanal zu reduzieren, wodurch jedoch vergleichsweise viel Bauraum benötigt wird oder die Katalysatoren und/oder der Partikelfilter entsprechend kleinvolumig ausgeführt werden müssen, was eine häufige Regeneration erfordert und den Wirkungsgrad der Abgasreinigung aufgrund der kleinen Volumina begrenzt.In order to bring the catalysts to an operating temperature after a cold start of the internal combustion engine, it is desirable to arrange the catalytic converters as closely as possible to the engine. However, this is not always possible because the space is limited. Therefore, SCR catalytic converters and soot particle filters are often arranged in a motorized underbody layer of a motor vehicle. Near-engine SCR systems are known in which an SCR catalyst and a soot particle filter are connected via a funnel. Through the funnel geometry is trying to reduce the back pressure in the exhaust passage, which, however, comparatively much space is required or the catalysts and / or the particulate filter must be carried out correspondingly small volume, which requires frequent regeneration and limits the efficiency of the exhaust gas purification due to the small volumes.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Abgasnachbehandlungssystem vorzuschlagen, mit dem eine effektive Konvertierung schädlicher Abgaskomponenten möglich ist, welche motornah im Abgaskanal angeordnet werden kann und bei dem eine bestmögliche Gleichverteilung des eindosierten Reduktionsmittels auf kurzer Mischstrecke erreicht wird. Unter einer motornahen Position wird dabei ein mittlerer Abgaslaufweg von höchstens 50 cm, insbesondere von höchstens 30 cm nach dem Auslass des Verbrennungsmotors verstanden.The invention is based on the object to propose an exhaust aftertreatment system, with which an effective conversion of harmful exhaust gas components is possible, which can be arranged close to the engine in the exhaust duct and in which a best possible uniform distribution of the metered reducing agent is achieved on a short mixing distance. A position close to the engine is understood to mean a mean exhaust flow path of at most 50 cm, in particular of at most 30 cm, after the outlet of the internal combustion engine.
Die Aufgabe wird durch eine Abgasnachbehandlungsbaugruppe für einen Verbrennungsmotor zur Anordnung in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors, umfassend einen Katalysator und einen in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungsbaugruppe stromabwärts des Katalysators angeordneten Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden gelöst, wobei in der Abgasnachbehandlungsbaugruppe stromabwärts des Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters ein Abgasmischer und ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in die Abgasnachbehandlungsbaugruppe angeordnet sind, wobei der Abgasmischer eine Mehrzahl von Flügeln aufweist, welche fächerförmig in dem Strömungsabschnitt zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter angeordnet sind. Dadurch kann eine Abgasnachbehandlungsbaugruppe klein und kompakt ausgeführt werden, sodass eine motornahe Anordnung mit dem Effekt eines schnellen Aufheizens der Komponenten gegeben ist. Zudem wird durch die Anordnung und Ausgestaltung des Abgasmischers mit fächerförmig angeordneten Flügeln und einer vorherigen Umlenkung auf kurzer Mischstrecke eine bestmögliche Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas erreicht, sodass das Reduktionsmittel bei Eintreten in den Partikelfilter mit der Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion bereits eine hohe Gleichverteilung über den Querschnitt des Abgaskanals erreicht hat und somit eine hohe Effizienz bei der Reduktion von Stickoxiden auf der SCR-wirksamen Oberfläche des Partikelfilters erreicht werden kann. Der Katalysator ist dabei vorzugsweise ein Diesel-Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator zur Abgasnachbehandlung eines Dieselmotors ausgebildet. Alternativ ist vorgesehen, dass der Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator ist, wenn der Verbrennungsmotor als Ottomotor ausgeführt ist.The object is achieved by an exhaust aftertreatment assembly for an internal combustion engine for placement in an exhaust passage of the internal combustion engine comprising a catalyst and an exhaust gas aftertreatment downstream of the catalyst arranged particulate filter with a selective catalytic reduction reduction of nitrogen oxides, wherein in the exhaust aftertreatment assembly downstream of the catalyst and upstream of the particulate filter, an exhaust mixer and a metering element for metering a reducing agent are disposed in the exhaust aftertreatment assembly, wherein the exhaust gas mixer comprises a plurality of blades which are fan-shaped in the flow section between the catalyst and the particulate filter. Thereby, an exhaust aftertreatment assembly can be made small and compact, so that a close-coupled arrangement is given with the effect of rapid heating of the components. In addition, the arrangement and design of the exhaust gas mixer with fan-shaped wings and a previous deflection on a short mixing distance best mixing of reducing agent and exhaust gas is reached, so that the reducing agent on entering the particle filter with the coating for selective, catalytic reduction already a high uniformity over has reached the cross section of the exhaust passage and thus a high efficiency in the reduction of nitrogen oxides on the SCR-effective surface of the particulate filter can be achieved. The catalyst is preferably a diesel oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter for the exhaust aftertreatment of a diesel engine. Alternatively, it is provided that the catalyst is a three-way catalyst, when the internal combustion engine is designed as a gasoline engine.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Abgasnachbehandlungsbaugruppe möglich.By virtue of the features listed in the dependent claims, advantageous developments and improvements of the exhaust aftertreatment assembly specified in the independent claim are possible.
In einer bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flügel in einem Fächerkranz zusammengefasst und über mindestens ein gemeinsames Trägerelement verbunden sind. Durch ein Zusammenfassen der Flügel zu einem Fächerkranz über ein entsprechendes Trägerelement kann die Montage der Abgasnachbehandlungsbaugruppe deutlich vereinfacht werden. Somit ist es möglich, den Fächerkranz als Baugruppe vorzumontieren und in das Gehäuse der Abgasnachbehandlungsvorrichtung einzusetzen. Dadurch kann sowohl die Positionierung als auch die Befestigung der Flügel vereinfacht werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the wings are combined in a fan ring and connected via at least one common carrier element. By combining the wings into a fan ring via a corresponding carrier element, the assembly of the exhaust aftertreatment assembly can be significantly simplified. Thus, it is possible to pre-assemble the fan ring as an assembly and insert it into the housing of the exhaust aftertreatment device. As a result, both the positioning and the attachment of the wings can be simplified.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flügel mittels Schweißnähten mit dem Trägerelement und/oder mit dem Gehäuse des Katalysators stoffschlüssig verbunden sind. Dadurch kann auf einfache Weise eine thermisch stabile Verbindung der Flügel mit dem Trägerelement und/oder dem Gehäuse erreicht werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Flügel oder das die Flügel tragende Trägerelement mittels Schweißnähten mit dem Gehäuseabschnitt, welcher den Katalysator trägt, verbunden werden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the wings are connected by means of welds to the support element and / or to the housing of the catalyst cohesively. As a result, a thermally stable connection of the wings to the carrier element and / or the housing can be achieved in a simple manner. In this case, it is particularly preferred if the wings or the support element carrying the wings are connected by means of welds to the housing section which carries the catalyst.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Abgasnachbehandlungsbaugruppe ist vorgesehen, dass eine Austrittsfläche des Katalysators unmittelbar in den Abgasmischer mündet. Dadurch ist nicht nur eine sehr kompakte Bauweise der Abgasnachbehandlungsbaugruppe möglich, sondern auch eine definierte Anströmung des Abgasmischers und somit eine gezielte Strömungsführung in dem Abgaskanalsegment zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter, um eine bestmögliche Vermischung, Verdampfung und Gleichverteilung des eindosierten Reduktionsmittels zu erreichen.In an advantageous embodiment of the exhaust aftertreatment assembly is provided that an exit surface of the catalyst opens directly into the exhaust gas mixer. As a result, not only a very compact design of the exhaust aftertreatment assembly is possible, but also a defined flow of the exhaust gas mixer and thus a targeted flow guidance in the exhaust gas channel segment between the catalyst and the particulate filter in order to achieve the best possible mixing, evaporation and uniform distribution of the metered reducing agent.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasmischer und der Katalysator in einem gemeinsamen Gehäuse, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt angeordnet sind. Um die Montage der Abgasnachbehandlungsbaugruppe zu erleichtern, ist es sinnvoll, mehrere Komponenten der Abgasnachbehandlungsbaugruppe in einem gemeinsamen Gehäuse anzuordnen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Katalysator und der Abgasmischer in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, da so der Bauraum optimal genutzt werden kann und zudem die Position des Abgasmischers relativ zum Katalysator reproduzierbar und genau erfolgen kann, um eine optimale Anströmung des Abgasmischers und somit eine bestmögliche Aufbereitung des eindosierten Reduktionsmittels, insbesondere wässriger Harnstofflösung, zu ermöglichen.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the exhaust gas mixer and the catalyst are arranged in a common housing, preferably in a common housing section. To facilitate the assembly of the exhaust aftertreatment assembly, it is useful to arrange several components of the exhaust aftertreatment assembly in a common housing. It is particularly advantageous if the catalyst and the exhaust gas mixer are arranged in a common housing, since so the space can be optimally used and also the position of the exhaust gas mixer relative to the catalyst can be reproducible and accurate, to optimum flow of the exhaust gas mixer and thus to enable the best possible preparation of the metered reducing agent, in particular aqueous urea solution.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Abgasnachbehandlungsbaugruppe ist vorgesehen, dass die Flügel einen Fächerkranz ausbilden, welcher halbseitig offen ist. Durch einen halbseitig offenen Fächerkranz wird Platz für das Dosierelement zur Eindosierung des Reduktionsmittels geschaffen. Die Flügel überdecken zumindest teilweise die einzelnen Kanäle. Die resultierende Strömungsumlenkung erhöht die Verweildauer des Abgasmassenstroms bei moderatem Druckverlust. Die Flügel des Fächerkranzmischers dienen zudem als Verdampferflächen und vermeiden die direkte Beaufschlagung der Harnstofflösung auf dem Partikelfiltersubstrat. Ferner ist ein halbseitig offener Fächerkranz vergleichsweise einfach in einer Halterung zu montieren. Zudem bleibt durch einen halbseitig offenen Fächerkranz die Erhöhung des Strömungswiderstands verglichen mit anderen Mischerformen begrenzt, sodass es nicht zu einer erheblichen Erhöhung des Abgasgegendrucks und einem damit verbundenen Mehrverbrauch kommt. In a further preferred embodiment of the exhaust aftertreatment assembly is provided that the wings form a fan ring, which is half-open. By a half-open fan ring space for the metering element for metering of the reducing agent is created. The wings cover at least partially the individual channels. The resulting flow deflection increases the residence time of the exhaust gas mass flow at moderate pressure loss. The vanes of the fan-shaped mixer also serve as evaporator surfaces and avoid the direct application of urea solution to the particle filter substrate. Furthermore, a half-open fan ring is comparatively easy to mount in a holder. In addition, the increase of the flow resistance is limited compared to other mixer forms by a half-open fan ring, so that it does not lead to a significant increase in the exhaust back pressure and an associated additional consumption.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Flügel den Querschnitt des Abgaskanals in dem Abschnitt zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter vollständig überdecken. Unter einer vollständigen Überdeckung ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass eine Projektion der Flügel auf einer Projektionsfläche senkrecht zu dem Abgaskanalabschnitt, in dem die Flügel angeordnet sind dazu führt, dass die Projektionsfläche vollständig abgedeckt ist. Dadurch kann die Vermischung von dem Reduktionsmittel und dem durch die Abgasnachbehandlungsbaugruppe strömenden Abgas weiter verbessert werden.According to a further preferred embodiment it is provided that the wings completely cover the cross section of the exhaust gas duct in the section between the catalytic converter and the particle filter. In this context, complete coverage is to be understood as meaning that a projection of the wings on a projection surface perpendicular to the exhaust-gas channel section, in which the wings are arranged, results in the projection surface being completely covered. Thereby, the mixing of the reducing agent and the exhaust gas flowing through the exhaust aftertreatment assembly can be further improved.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest eine Teilmenge der Flügel eine Wellenform aufweist. Durch eine Wellenform kann die Strömung an den Flügeln geführt werden, ohne dass sie sich in diesem Bereich ablöst. Dadurch kann der Anstieg des Strömungswiderstandes gering gehalten und eine bestmögliche Strömungsführung erreicht werden, welche die Vermischung von dem Reduktionsmittel und dem Abgas unterstützt.Furthermore, it is advantageously provided that at least a subset of the wings has a waveform. By a wave form, the flow can be guided on the wings without it peeling off in this area. Thereby, the increase in the flow resistance can be kept low and a best possible flow guidance can be achieved, which supports the mixing of the reducing agent and the exhaust gas.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter eine Umlenkung eines durch die Abgasnachbehandlungsbaugruppe geführten Abgasstroms um ca. 90° erfolgt. Durch eine Kombination von Umlenkung und einem im Bereich der Umlenkung angeordneten Abgasmischer kann die Effektivität der Aufbereitung des Reduktionsmittels weiter verbessert werden. Dabei erfolgt die Eindosierung des Reduktionsmittels vorzugsweise ebenfalls im Bereich der Umlenkung, um eine mit der Umlenkung verbundene Verwirbelung des Abgases für eine gute Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas zu nutzen. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Katalysator im Wesentlichen senkrecht zu einer Hauptströmungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal durchströmt wird. Dabei ist der Katalysator vorzugsweise „stehend“ angeordnet und wird vorzugsweise im Wesentlichen in vertikaler Richtung, insbesondere von oben nach unten, durchströmt. Ein weiterer Vorteil der stehenden Kat-Anordnung ist die verbesserte Gleichverteilung vor dem Katalysator.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that between the catalyst and the particulate filter, a deflection of a guided through the exhaust aftertreatment assembly exhaust gas flow takes place by about 90 °. By a combination of deflection and arranged in the region of the deflection exhaust gas mixer, the effectiveness of the treatment of the reducing agent can be further improved. In this case, the metering of the reducing agent preferably also takes place in the region of the deflection, in order to utilize a turbulence of the exhaust gas connected with the deflection for a good mixing of the reducing agent and the exhaust gas. It is particularly preferred if the catalyst is flowed through substantially perpendicular to a main flow direction of the exhaust gas through the exhaust passage. In this case, the catalyst is preferably arranged "upright" and is preferably flowed through essentially in the vertical direction, in particular from top to bottom. Another advantage of the upright cat arrangement is the improved uniform distribution in front of the catalyst.
In der gezeigten Ausführung ist der Katalysator, insbesondere ein Diesel-Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, liegend und der Partikelfilter stehend angeordnet. Diese Anordnung bietet in bestimmten Anwendungen, bevorzugt bei hybridischem Anwendungsfall, Bauraumvorteile.In the embodiment shown, the catalyst, in particular a diesel oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, is lying and the particle filter is arranged vertically. This arrangement offers in certain applications, preferably in hybrid application, space advantages.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Partikelfilter im Wesentlichen parallel zu einer Hauptströmungsrichtung des Abgases durch den Abgaskanal durchströmt wird. Dabei ist der Partikelfilter vorzugsweise „liegend“ angeordnet ist und wird vorzugsweise im Wesentlichen in horizontaler Richtung durchströmt. Dadurch ist eine besonders wirksame Einlagerung von Ruß im Partikelfilter möglich und für die Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eine hinreichende Verweildauer im Partikelfilter gegeben, um eine effiziente Umsetzung der Stickoxide auf der Beschichtung zu ermöglichen.According to a further advantageous development, it is provided that the particle filter is flowed through the exhaust gas channel essentially parallel to a main flow direction of the exhaust gas. In this case, the particle filter is preferably arranged "lying" and is preferably flowed through substantially in the horizontal direction. Thereby, a particularly effective incorporation of soot in the particulate filter is possible and for the coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides a sufficient residence time in the particulate filter is given to allow an efficient implementation of the nitrogen oxides on the coating.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Abgasnachbehandlungsbaugruppe stromabwärts des Partikelfilters eine erste Austrittsöffnung zum Anschluss einer Abgasanlage und eine zweite Austrittsöffnung zum Anschluss einer Abgasrückführung ausgebildet sind. Dadurch kann ein Anschluss für eine Abgasrückführung, insbesondere eine Niederdruck-Abgasrückführung, mit an der Abgasnachbehandlungsbaugruppe ausgebildet werden, wodurch sich die Montage des Abgastraktes erleichtert. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in oder an der zweiten Austrittsöffnung eine Aufnahme zur Aufnahme eines Filters für die Abgasrückführung ausgebildet ist. Um ein Eintreten von Partikeln in die Brennräume zu vermeiden, kann es trotz der vorgeschlagenen Anordnung von Katalysator und Partikelfilter notwendig sein, dass das rückgeführte Abgas nochmals gefiltert wird. Darüber hinaus kann durch die Aufnahme auf einfache Art und Weise ein zusätzlicher Filter für die Abgasrückführung in der Abgasnachbehandlungsbaugruppe aufgenommen werden, wodurch die Montage eines zusätzlichen Filters außerhalb der Baugruppe entfallen kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, provision is made for a first outlet opening for connecting an exhaust system and a second outlet opening for connecting an exhaust gas recirculation to the exhaust aftertreatment assembly downstream of the particle filter. As a result, a connection for an exhaust gas recirculation, in particular a low-pressure exhaust gas recirculation, can be formed on the exhaust aftertreatment assembly, which facilitates the assembly of the exhaust gas tract. It is particularly preferred if a receptacle for receiving a filter for the exhaust gas recirculation is formed in or at the second outlet opening. In order to avoid the entry of particles into the combustion chambers, it may be necessary in spite of the proposed arrangement of catalyst and particulate filter, that the recirculated exhaust gas is filtered again. In addition, an additional filter for exhaust gas recirculation in the exhaust aftertreatment assembly can be accommodated by the inclusion in a simple manner, whereby the installation of an additional filter outside the assembly can be omitted.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungsbaugruppe für einen Verbrennungsmotor, wobei ein Katalysator, ein Partikelfilter und ein Abgasmischer in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden, wobei in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors durch das Gehäuse dem Katalysator ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Beschichtung von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) nachgeschaltet ist, sowie mit einem Abgasmischer, welcher stromabwärts des Katalysators und stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist, wobei an einem Abgaskanalsegment stromaufwärts des Partikelfilters ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in die Abgasnachbehandlungsbaugruppe angeordnet wird, wobei der Abgasmischer eine Mehrzahl von Flügeln aufweist, welche fächerförmig in dem Strömungsabschnitt zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter angeordnet werden. Dadurch kann auf einfache Weise eine Abgasnachbehandlungsbaugruppe hergestellt werden, welche die wesentlichen Komponenten zur Abgasnachbehandlung des Abgases eines Dieselmotors umfasst, wobei die Abgasnachbehandlungsbaugruppe aufgrund ihres kompakten Designs motornah angeordnet und somit in kurzer Zeit nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.The invention further relates to a method for producing an exhaust aftertreatment assembly for an internal combustion engine, wherein a catalyst, a particulate filter and an exhaust gas mixer in a be arranged common housing, wherein in the flow direction of the exhaust gas of the internal combustion engine through the housing, the catalyst is a particle filter with a coating for selective catalytic coating of nitrogen oxides (SCR coating) downstream, and with an exhaust gas mixer, which downstream of the catalyst and upstream of the particulate filter wherein a metering element for metering a reducing agent into the exhaust aftertreatment assembly is disposed on an exhaust passage segment upstream of the particulate filter, the exhaust gas mixer having a plurality of blades which are fan-shaped in the flow section between the catalyst and the particulate filter. As a result, an exhaust aftertreatment assembly can be produced in a simple manner, which comprises the essential components for exhaust aftertreatment of the exhaust gas of a diesel engine, wherein the exhaust aftertreatment assembly can be arranged near the engine due to their compact design and thus brought to operating temperature in a short time after a cold start of the engine.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Abgasmischer mit einer Mantelfläche eines Gehäuses oder eines Gehäuseabschnitts des Katalysators verschweißt wird. Durch eine Schweißverbindung entsteht eine thermisch stabile, stoffschlüssige Verbindung, die den Belastungen im Alltagsbetrieb eines Verbrennungsmotors standhält und fertigungstechnisch vergleichsweise kostengünstig umgesetzt werden kann.According to a preferred embodiment of the method it is provided that the exhaust gas mixer is welded to a lateral surface of a housing or a housing portion of the catalyst. By a welded joint creates a thermally stable, cohesive connection that withstands the stresses of everyday operation of an internal combustion engine and manufacturing technology can be implemented comparatively inexpensive.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Abgasnachbehandlungsbaugruppe einen erste Gehäuseabschnitt, in dem der Katalysator und der Abgasmischer angeordnet werden, und einen zweiten Gehäuseabschnitt, in dem der Partikelfilter angeordnet wird, aufweisen, wobei der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt über eine Steckverbindung miteinander verbindbar sind. Eine Ausführung mit einem zweiteiligen Gehäuse, dessen beide Gehäuseabschnitte mit einer Steckverbindung zueinander ausgerichtet werden, lässt sich vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellen. Durch die Teilung im Gehäuse wird die Montage der Abgasnachbehandlungsbaugruppe vereinfacht, da der Bauraum zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter zur Montage des Abgasmischers deutlich einfacher zugänglich ist.According to an advantageous embodiment of the invention it is provided that the housing of the exhaust aftertreatment assembly a first housing portion in which the catalyst and the exhaust gas mixer are arranged, and a second housing portion in which the particulate filter is arranged, wherein the first housing portion and the second housing portion can be connected to one another via a plug connection. An embodiment with a two-part housing, the two housing sections are aligned with a connector to each other, can be relatively easily and inexpensively. Due to the division in the housing, the assembly of the exhaust aftertreatment assembly is simplified because the space between the catalyst and the particulate filter for mounting the exhaust mixer is much easier to access.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Gehäuse der Abgasnachbehandlungsbaugruppe einen ersten Gehäuseabschnitt und einen zweiten Gehäuseabschnitt aufweist, wobei der erste Gehäuseabschnitt und der zweite Gehäuseabschnitt mittels eines Schweißverfahrens stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Durch eine Schweißverbindung können die Gehäuseabschnitte dauerhaft miteinander verbunden werden, wobei die Gehäuseabschnitte vorzugsweise durch eine im vorherigen Abschnitt beschriebene Steckverbindung zueinander ausgerichtet werden.According to a preferred embodiment of the method it is provided that the housing of the exhaust aftertreatment assembly has a first housing portion and a second housing portion, wherein the first housing portion and the second housing portion are integrally connected by a welding process. By a welded joint, the housing sections can be permanently connected to each other, wherein the housing sections are preferably aligned with each other by a connector described in the previous section.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage und einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsbaugruppe, -
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsbaugruppe, wobei der Katalysator liegend und der Partikelfilter stehend angeordnet ist. -
3 einen Fächerkranz eines Abgasmischers einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsbaugruppe, und -
4 einen ersten Gehäuseabschnitt eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsbaugruppe in einer Schnittdarstellung.
-
1 an internal combustion engine having an exhaust system and an exhaust aftertreatment assembly according to the invention, -
2 An embodiment of an exhaust aftertreatment assembly according to the invention, wherein the catalyst is lying and the particle filter is arranged vertically. -
3 a fan ring of an exhaust gas mixer of an exhaust aftertreatment assembly according to the invention, and -
4 a first housing portion of a housing of an exhaust aftertreatment assembly according to the invention in a sectional view.
Stromabwärts des Partikelfilters
In
An dem Gehäuse
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 1212
- Abgaskanalexhaust duct
- 1414
- Katalysatorcatalyst
- 1616
- Partikelfilterparticulate Filter
- 1818
- Abgasmischer exhaust mixer
- 2020
- Abgasnachbehandlungsbaugruppeexhaust aftertreatment assembly
- 2222
- SCR-wirksame BeschichtungSCR-effective coating
- 2424
- Dosierelementmetering
- 2626
- Reduktionsmittelreducing agent
- 2828
- Oxidationskatalysator oxidation catalyst
- 3030
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 3232
- Gehäusecasing
- 3434
- Eintrittsöffnunginlet opening
- 3636
- Abgasturboladerturbocharger
- 3838
- Abgasrückführung Exhaust gas recirculation
- 4040
- Filter für AbgasrückführungExhaust gas recirculation filter
- 4242
- Fächerkranzcompartmentalised ring
- 4444
- SchweißnahtWeld
- 4646
- Flügelwing
- 4848
- Trägerelement support element
- 5050
- erste Austrittsöffnung (der Abgasbaugruppe)first outlet (the exhaust assembly)
- 5252
- Austrittsfläche (des Katalysators)Exit surface (of the catalyst)
- 5454
- Zwischenkammerintermediate chamber
- 5656
- ÜbergangstrichterTransition hopper
- 5858
- Dosiereinheit dosing
- 6060
- ReduktionsmittelbehälterReductant tank
- 6262
- erster Gehäuseabschnittfirst housing section
- 6464
- zweiter Gehäuseabschnittsecond housing section
- 6666
- Steckverbindungconnector
- 6868
- Schweißnaht Weld
- 7070
- zweite Austrittsöffnungsecond exit opening
- 7272
- weiterführender Abgaskanalcontinuing exhaust duct
- 7474
- Aufnahmeadmission
- 7676
- weitere Komponenten zur Abgasnachbehandlungfurther components for exhaust aftertreatment
- 7878
- Ansaugtrakt intake system
- 8080
- Einlassinlet
- 8282
- Auslassoutlet
- 8484
- Verdichtercompressor
- 8686
- Turbineturbine
- 8888
- Halterung bracket
- 9090
- Umlenkeckedeflecting corner
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 2985434 A1 [0007]EP 2985434 A1 [0007]
Claims (15)
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-
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