DE102021119169B4

DE102021119169B4 - Abgasteilanlage

Info

Publication number: DE102021119169B4
Application number: DE102021119169.6A
Authority: DE
Inventors: Sascha Vollmer; Andreas Lang; Daniel Trzebinski; Wladimir Rikow; Aaron Manley
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2041-07-24
Also published as: WO2023002019A1; DE102021119169A1; CN117980592A

Abstract

Abgasteilanlage (1) für einen Verbrennungsmotor (4.6), aufweisend:ein Katalysatorgehäuse (2) mit einem Einlassabschnitt (3) und mit einer Einlassöffnung (3.2) zum Einführen eines Abgasstroms (4) in das Katalysatorgehäuse (2), undeine abgasstromfreie Zuführleitung (5) für Sekundärgas (5.3),wobei die Zuführleitung (5) endseitig ein Zuströmelement (5.1) aufweist,mittels dessen das Sekundärgas (5.3) dem Abgasstrom (4.3) zugeführt wird,wobei das Zuströmelement (5.1) stromauf des Katalysatorgehäuses (2) platziert ist,wobei in der Zuführleitung (5) stromauf des Zuströmelements (5.1) ein Heizelement (6) zum Erhitzen des Sekundärgases (5.3) vorgesehen ist,wobei dem Zuströmelement (5.1) zumindest eine Zuströmöffnung (5.2) am Einlassabschnitt (3) zugeordnet ist, über die das erhitzte Sekundärgas (5.3) ausgehend von der Zuführleitung (5) dem Abgasstroms (4.3) zuführbar ist,wobei das Zuströmelement (5.1) zusammen mit dem als Außengehäuse ausgebildeten Einlassabschnitt (3) einen Sammelraum (5.4) begrenzt, von dem aus das Sekundärgas (5.3) über die Zuströmöffnung (5.2) in den Einlassabschnitt (3) führbar ist,wobei jede Zuströmöffnung (5.2) einen Öffnungsquerschnitt und eine Öffnungsachse (5.5) aufweist, undwobei alle Zuströmöffnungen (5.2) den gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen, oderwobei zumindest ein erster Teil von 30 % bis 70 % der Zuströmöffnungen (5.2) einen größeren Öffnungsquerschnitt aufweist als ein zweiter Teil von 70 % bis 30 % der Zuströmöffnungen (5.2);dadurch gekennzeichnet,dass Öffnungsachsen (5.5) benachbarter Zuströmöffnungen (5.2) und/oder Öffnungsachsen (5.5) innerhalb einer Vertiefung (3.1) gegenüber einer Abgas-Hauptströmungsmittelachse (2.1) in unterschiedlichen Winkeln γ1, γ2 angestellt sind, mit 70° <= γ1 <= 90° und 20° <= γ2 <= 40°.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasteilanlage für einen Verbrennungsmotor, aufweisend ein Katalysatorgehäuse mit einem Einlassabschnitt und mit einer Einlassöffnung zum Einführen eines Abgasstroms bzw. Hauptabgasstroms in das Katalysatorgehäuse und aufweisend eine abgasstromfreie Zuführleitung für Sekundärgas, wobei die Zuführleitung endseitig ein Zuströmelement aufweist, mittels dessen das Sekundärgas dem Abgasstrom zugeführt wird, wobei das Zuströmelement vorzugsweise unmittelbar stromauf des Katalysators bzw. stromauf des Katalysatorgehäuses platziert ist, wobei in der Zuführleitung stromauf des Zuströmelements ein Heizelement zum Erhitzen des sekundären Gases vorgesehen ist. Die Abgasteilanlage ist ein Teil einer Abgasanlage, die vom Krümmer bis zum Abgasendrohr reicht. Der Verbrennungsmotor kann Teil eines Kraftfahrzeugs oder Schiffs sein.
Es ist bereits eine Abgasreinigungsanlage aus der EP 1 333 169 B1 bekannt. Diese beschreibt eine Zuführeinrichtung für Umgebungsluft, die über eine Leitung und ein im Gehäuse befindliches Ringrohr stromauf eines Partikelfilters zuführbar ist.
Aus der US 8 991 157 B2 ist ein Brenner mit Fremdluftzufuhr bekannt zur Erhitzung eines Abgasstroms zwecks Regenerierung eines stromab platzierten Partikelfilters.
Aus der US 10 174 657 B2 ist ein Plasma-Brenner mit Fremdluftzufuhr bekannt zur Erhitzung eines Abgasstroms zwecks Versorgung eines stromab platzierten SCR-Katalysators.
Aus der EP 1 333 169 B1 ist eine Abgasanlage für ein Dieselmotor bekannt mit einem Partikelfilter und einem stromauf angeordneten Oxidationskatalysator sowie einer steuerbaren Sekundärluftversorgungseinrichtung. Die Sekundärluftversorgungseinrichtung weist ein perforiertes Ringrohr auf, welches in einem Einlassabschnitt des Gehäuses platziert ist.
Aus der DE 39 19 343 A1 ist bekannt eine Abgasteilanlage für einen Verbrennungsmotor, aufweisend ein Katalysatorgehäuse mit einem integralen Einlassabschnitt und mit einer Einlassöffnung zum Einführen eines Abgasstroms. Die Einlassöffnung ist Teil einer Zuführleitung für Sekundärgas, wobei die Zuführleitung ein Heizelement zum Erhitzen des Sekundärgases aufweist.
Ferner zeigt DE 10 2017 222 235 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufheizung von in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Komponenten einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Sekundärluftsystem.
DE 103 45 986 A1 betrifft Abgasanlagen mit Katalysatoreinrichtung und nachgeschaltetem Rußfilter für Verbrennungsmotoren, wobei einer Katalysatorstrecke mit mindestens einem Katalysator ein Partikel- bzw. Rußfilter ohne vorgeschalteten Brenner nachgeordnet ist.
DE 10 2019 209 304 B4 betrifft eine Vorrichtung zu Nachbehandlung von Abgasen einer Abgasquelle mit einer räumlich begrenzten Strömungsstrecke und US 5 934 069 A zeigt ein modifiziertes Inline-Adsorbersystem, das die kalifornische Norm für Fahrzeuge mit extrem niedrigen Emissionen (ULEV) erfüllt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasteilanlage für einen Verbrennungsmotor derart auszubilden und anzuordnen, dass ein verbesserter Kaltstart und eine optimale Temperaturregelung des Katalysators ermöglicht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Abgasteilanlage, durch eine Abgasanlage sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage gemäß den Hauptansprüchen gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungen der Erfindung.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass dem Zuströmelement zumindest eine Zuströmöffnung am Einlassabschnitt zugeordnet ist, über die das erhitzte Sekundärgas dem Abgasstrom zuführbar ist, wobei das Zuströmelement zusammen mit dem als Außengehäuse ausgebildeten Einlassabschnitt einen Sammelraum begrenzt, von dem aus das Sekundärgas über die Zuströmöffnung in den Einlassabschnitt führbar ist, wobei jede Zuströmöffnung einen Öffnungsquerschnitt und eine Öffnungsachse aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass extern erhitztes Gas, insbesondere Umgebungsluft zum Vorwärmen eines Katalysators bei Kaltstart eines Verbrennungsmotors dem Katalysator zugeführt werden kann. Ferner kann nach dem Kaltstart im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors die Temperatur des Katalysators geregelt werden. Das Heizelement ist separat vom Verbrennungsmotor. Es ist kein Teil des Verbrennungsmotors. Vielmehr kann es unabhängig vom Verbrennungsmotor betrieben werden. Das Heizelement kann aktiv geregelt werden und ist insofern ein- und ausschaltbar. Es kann auch derart geregelt werden, dass die Temperatur des Sekundärgases auf zumindest eine oder mehrere vorgegebene Temperaturen einstellbar ist. Das Heizelement kann insofern als extern angesehen werden, denn es ist kein Teil der Abgasanlage, da es von dem Sekundärgas und nicht von dem Abgas durchströmt wird. Über die Zuführleitung wird das erhitzte Sekundärgas von dem externen Heizelement durch die Umgebung zu dem Katalysatorgehäuse geführt. Das Heizelement ist dabei ein Teil einer KaltStart-Einheit, die Heißgas mit einer vorzugebenden Temperatur unabhängig von einer Abgastemperatur des Verbrennungsmotors dem Abgasstrom zuführt. Der Katalysator im Katalysatorgehäuse ist unmittelbar stromab dem Einlassabschnitt positioniert, um Wärmeverluste zu vermeiden. Das Heizelement kann als Brenner ausgebildet sein zum Erzeugen von Heißgas oder als elektrisches Heizelement zur Erzeugung von Heißluft. Das Heißgas ist zu unterscheiden von dem heißen bzw. zu erhitzenden Abgasstrom des Verbrennungsmotors. Die Zuführleitung und das Heizelement sind außerhalb der abgasführenden Elemente der Abgasteilanlage angeordnet und leiten das Abgas von dem Heizelement zu dem entsprechenden abgasführenden Element der Abgasteilanlage bzw. zu der entsprechenden Position des Zuströmelements. Bei dem Zuströmelement kann es sich auch um eine oder mehrere Zuführdüsen handeln.
Das Zuströmelement kann auf den Einlassabschnitt aufgesetzt werden. Der so gebildete Sammelraum ist von außen sehr gut zugänglich. Zudem werden die im Inneren des Einlassabschnitts vorhandenen Strömungswege für das Motorabgas nicht durch das Zuströmelement beansprucht bzw. verkleinert. Die jeweilige Öffnungsachse ist vorzugsweise normal zur Oberfläche des Einlassabschnitts bzw. normal zur Oberfläche der Vertiefungen ausgerichtet. Eine angestellte Ausrichtung der jeweiligen Öffnungsachse ist auch möglich. Der Sammelraum stellt insoweit für das Sekundärgas einen Anström- und einen Abströmraum dar.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Abgasanlage aufweisend eine Abgasteilanlage wie vorstehend definiert. Die Abgasanlage umfasst zusätzlich zumindest ein im Katalysatorgehäuse angeordneten Katalysator sowie endseitig entsprechende Abgasrohre zum Anschließen der so ausgebildeten Abgasanlage an weitere Komponenten einer Abgasanlage.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer vorstehend genannten Abgasanlage, bei dem das Sekundärgas mittels des Heizelements erhitzt wird, so dass die Temperatur eines Katalysators reguliert wird. Der Katalysator wird auf eine Temperatur erhitzt, bei der er effizient arbeitet. Bei einem Kaltstart kann mittels des Heizelements der Katalysator auf eine Betriebstemperatur erhitzt werden. Nach dem Kaltstart im normalen Betrieb kann die Temperatur des Katalysators zu zumindest einem weiteren beliebigen Zeitpunkt auf eine gewünschte Temperatur reguliert werden.
Vorteilhaft kann es hierzu sein, wenn das Zuströmelement am Einlassabschnitt platziert ist und/oder wenn die Zuströmöffnung im Einlassabschnitt vorgesehen ist. Somit ist eine katalysatornahe Zuströmung des erhitzten Sekundärgases gewährleistet.
Es können auch mehrere Zuströmelemente an verschiedenen Positionen stromauf des jeweiligen Katalysatorgehäuses vorgesehen sein. Die mehreren Zuströmelemente können axial oder über den Umfang verteilt an den jeweiligen abgasführenden Elementen der Abgasteilanlage angeordnet sein.
Erfindungsgemäß weisen alle Zuströmöffnungen den gleichen Öffnungsquerschnitt auf oder zumindest ein erster Teil von 30 % bis 70 % der Zuströmöffnungen weist einen größeren Öffnungsquerschnitt auf als ein zweiter Teil von 70 % bis 30 % der Zuströmöffnungen. Die Zuströmöffnung kann jeweils ein Loch oder eine Ausnehmung sein, wobei das Loch insbesondere einen runden oder ovalen Öffnungsquerschnitt aufweisen kann. Die Zuströmöffnungen können schaufel- bzw. leitelementfrei sein. Mit einer Variation des Öffnungsquerschnitts können die beim Einmischen entstehenden Strömungswege der Heißluft bzw. deren Verteilung im Abgas optimiert werden. Die mehreren Zuströmöffnungen bilden eine Perforation mit einem Perforationsmuster wie beispielhaft nachstehend weiter definiert.
Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Einlassabschnitt mehrere Vertiefungen aufweist, wobei in jeder Vertiefung mindestens eine Zuströmöffnung vorgesehen ist. Die Zuströmöffnung bzw. die Zuströmöffnungen verlaufen dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung U, mithin zirkumferenziell. Mit der Ausbildung von Vertiefungen kann der zur Verfügung stehende Sammelraum vergrößert werden. Verstopfungen der Löcher durch Ablagerungen von Ruß bzw. Partikeln in den Löchern können die Funktionalität der Löcher und somit der Abgasteilanlage beeinträchtigen. Durch die Vertiefungen wird eine Verstopfung der Löcher vermieden. Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, wenn Öffnungsachsen benachbarter Zuströmöffnungen und/oder Öffnungsachsen innerhalb einer Vertiefung in einem Winkel α zueinander angestellt sind. Mit Anwendung eines Anstellwinkels können die beim Einmischen entstehenden Strömungswege der Heißluft bzw. deren Verteilung im Abgas optimiert werden. Die dabei entstehende Winkelebene kann radial zur Abgas-Hauptströmungsmittelachse ausgerichtet sein. Der Winkel α, mit α > 0 kann abhängig sein von der Querschnittsform der Vertiefung. Die Zuströmöffnungen sind in diesem Sinne leitelementfrei.
Von besonderer Bedeutung kann für die vorliegende Erfindung sein, wenn der Winkel α folgende Bedingung erfüllt: 20° <= α <= 170° oder 70° <= α <= 90°. Mit einem solchen Winkelbereich kann je nach den vorhandenen Strömungsverhältnissen oder den im Fokus stehenden Lastzuständen im Abgasstrom eine optimale Einströmung der Heißluft gewährleistet werden. Insofern wird das Sekundärgas besonders gut mit dem Abgasstrom durchmischt.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung sind Öffnungsachsen benachbarter Zuströmöffnungen und/oder Öffnungsachsen innerhalb einer Vertiefung gegenüber einer Abgas-Hauptströmungsmittelachse in unterschiedlichen Winkeln γ1, γ2 angestellt, mit 70° <= γ 1 <= 90° und 20° <= γ 2 <= 40°. Mit einem solchen Winkelbereich kann je nach den vorhandenen Strömungsverhältnissen oder den im Fokus stehenden Lastzuständen im Abgasstrom eine optimale Einströmung der Heißluft gewährleistet werden. Damit ist eine Durchmischung des Sekundärgases mit dem Abgasstrom optimiert. Die Abgas-Hauptströmungsmittelachse entspricht dabei einer Mittelachse des Katalysatorgehäuseelements bzw. einer Mittelachse des Einlasselements. Die Ausrichtung des einzumischenden Heißgasstroms kann dabei auch einen Richtungsanteil aufweisen, der entgegen dem Abgasstrom gerichtet sein kann.
Vorteilhaft kann es ferner sein, wenn mindestens zwei Reihen von Zuströmöffnungen und/oder zwei Reihen von Vertiefungen mit jeweils mindestens einer Zuströmöffnung pro Vertiefung vorgesehen sind, wobei die Reihen mit Bezug zu der Abgas-Hauptströmungsachse in Umfangsrichtung U verlaufen und nebeneinander angeordnet sind. Somit ist über die erste Reihe und die mindestens zweite Reihe eine zumindest zweistufige Einbringung von Heißgas möglich. Dass zumindest ein erster Teil von 30 % bis 70 % der Zuströmöffnungen einen größeren Öffnungsquerschnitt aufweist als der andere Teil der Zuströmöffnungen gilt auch in Bezug auf die Reihen. Zuströmöffnungen einer Reihe oder Zuströmöffnungen verschiedener Reihen bzw. benachbarter Reihen können mithin einen unterschiedlichen Öffnungsquerschnitt aufweisen. Auch mittels dieser Maßnahme wird eine Durchmischung des Sekundärgases und des Abgasstroms verbessert.
Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn innerhalb mindestens einer Reihe der Winkel α zwischen zwei Zuströmöffnungen bzw. der Winkel γ1 bzw. der Winkel γ2 variiert. Der Winkel α zwischen zwei Zuströmöffnungen und/oder der Winkel γ1, γ2 innerhalb einer Reihe kann auch gleich sein.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen nebeneinander angeordneten Reihen der Winkel α und/oder der Winkel γ1, γ2 variiert. Der Winkel α zwischen zwei Zuströmöffnungen und/oder der Winkel γ1, γ2 nebeneinander angeordneter Reihen kann auch gleich sein.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn das Zuströmelement den Einlassabschnitt mit Bezug zur Umfangsrichtung U der Abgas-Hauptströmungsmittelachse in einem Winkel β umschließt, mit 50° <= β <= 360°. Der Umschließungswinkel β sollte ein Mindestmaß nicht unterschreiten, um eine gleichmäßige Zuströmung von Heißgas zu ermöglichen. Der Winkel β begrenzt demnach auch die zirkumferenzielle Erstreckung der jeweiligen Reihe von Öffnungen oder Vertiefungen bzw. der Vertiefung.
Es kann zudem von Vorteil sein, wenn das Heizelement elektrisch oder mittels einer Brennkammer des Heizelements das Sekundärgas erhitzt. Beim elektrischen Erhitzen wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Auf diese Weise wird das Sekundärgas erhitzt. Innerhalb der Brennkammer wird ein Brennstoff verbrannt. Auf diese Weise entsteht Wärme, mit der das Sekundärgas erhitzt wird. Beide Methoden sind effizient und erlauben es, das Heizelement aktiv, separat und extern zu betreiben.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn eine Steuereinheit zum aktiven Regeln des Heizelements vorgesehen ist, um die Temperatur und/oder den Massenstrom des erhitzten Sekundärgas einzustellen. Dadurch ist das Heizelement aktiv regelbar.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt. Es zeigt:

1 eine Prinzipdarstellung der Abgasteilanlage;
2a eine Prinzipdarstellung des Einlassabschnitts mit Zuströmöffnungen;
2b ein weiteres Ausführungsbeispiel zu 2a;
3 eine Prinzipskizze des Einlassabschnitts in der Ansicht von vorne;
4 eine Prinzipskizze einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs.

Eine in 1 dargestellte Abgasteilanlage 1 ist Teil einer umfassenden Abgasanlage 4 gemäß 4 zur vollständigen Reinigung und Nachbehandlung eines Abgasstroms 4.3 bzw. Hauptabgasstroms eines Verbrennungsmotors 4.6. Die Abgasanlage 4 weist stromab der nachstehend weiter beschriebenen Abgasteilanlage 1 ein Katalysatorgehäuse 2 mit einem weiter nicht dargestellten Abgaskatalysator sowie einen Partikelfilter 4.1 und weiter stromab einen Abgasschalldämpfer 4.2 auf. Die Abgasteilanlage 1 schließt an einen Krümmer 4.5 des Verbrennungsmotors 4.6 an. Die jeweiligen Komponenten sind über Abgasrohre 4.4 miteinander strömungstechnisch gekoppelt.
Die Abgasteilanlage 1 weist einen Einlassabschnitt 3 auf, der stromauf an das Katalysatorgehäuse 2 gekoppelt ist. Gegenüberliegend zum Katalysatorgehäuse 2 wird der Einlassabschnitt 3 über ein nicht weiter dargestelltes Abgasrohr mit dem Abgasstrom 4.3 des Verbrennungsmotors 4.6 beschickt. Das stromauf des Einlassabschnitts 3 eintretende Abgas wird über den Einlassabschnitt 3 zum Katalysatorgehäuse 2 geführt. Der Einlassabschnitt 3 weist dabei eine kegelförmige Grundform, sodass sein Strömungsquerschnitt ausgehend von einer Einlassöffnung 3.2 bis hin zum Katalysatorgehäuse 2 zunimmt.
Der Einlassabschnitt 3 ist gekoppelt mit einem Zuströmelement 5.1, welches nach 1 als halbschaliger Kanal ausgebildet ist, der auf dem Einlassabschnitt 3 in Umfangsrichtung U, wie in 3 dargestellt aufgesetzt ist. Das Zuströmelement 5.1 bildet zusammen mit dem Einlassabschnitt 3 bzw. dessen Gehäusewand einen Sammelraum 5.4, der über eine Zuführleitung 5 und ein daran stromauf angeschlossenes Heizelement mit erhitztem Sekundärgas 5.3 versorgt wird. Über den Sammelraum 5.4 und entsprechende Zuströmöffnungen 5.2 innerhalb des Einlassabschnitts 3 bzw. innerhalb einer Gehäusewand 3.3 des Einlassabschnitts 3 strömt das erhitzte Sekundärgas 5.3 in den Einlassabschnitt 3 und wird dort mit dem Abgasstrom 4.3 vermischt bzw. in den Abgasstrom 4.3 eingemischt. Die Gehäusewand 3.3 weist mehrere Zuströmöffnungen 5.2 auf. Die Zuströmöffnungen 5.2 sind gemäß 2a jeweils als Loch und über den Umfang des Einlassabschnitts 3 bzw. in Umfangsrichtung U verteilt angeordnet. Der Öffnungsquerschnitt Q ist rund. Alternativ kann er oval sein. Da keinerlei Strömungsleitelemente an den Zuströmöffnungen 5.2 vorgesehen sind, ist der Öffnungsquerschnitt Q leitelementfrei. Nach 2a sind zwei Reihen 5a, 5b von Zuströmöffnungen 5.2 vorgesehen. Nach Ausführungsbeispiel 2b sind zwei Reihen 3a, 3b von Vertiefungen 3.1 vorgesehen, wobei jeweils zwei Zuströmöffnungen 5.2 innerhalb einer Vertiefung 3.1 der Gehäusewand 3.3 angeordnet sind.
In der Schnittdarstellung nach Ausführungsbeispiel 1 ist die jeweilige Vertiefung 3.1 mit den beiden darin jeweils enthaltenen Zuströmöffnungen 5.2 dargestellt.
Die jeweilige Zuströmöffnung 5.2 weist eine Öffnungsachse 5.5 auf, die normal zur umgebenden Gehäusewand 3.3 ausgerichtet ist. Nach Ausführungsbeispiel 1 sind in der jeweiligen Vertiefung 3.1 zwei Zuströmöffnungen 5.2 vorgesehen, die bzw. deren Öffnungsachse 5.5 in einem Winkel α zueinander angestellt sind. Dabei ist gemäß Ausführungsbeispiel 1, untere Hälfte eine erste Strömungsachse radial ausgerichtet und schließt mit einer Abgas-Hauptströmungsmittelachse 2.1 einen Winkel γ1 von etwa 90° ein. Die andere Öffnungsachse schließt mit der Abgas-Hauptströmungsmittelachse 2.1 einen Winkel γ2 von etwa 30° ein. Somit wird ein Teil des Heißgases in radialer Richtung zugeführt und ein weiterer Teil des Abgases mit einer entsprechend axialen Richtungskomponente. Der Winkel γ1 kann auch kleiner als 90 ° sein. Damit einher ginge eine Richtungskomponente, die entgegengesetzt zu der Abgas-Hauptrichtung gerichtet ist.
Der Sammelraum 5.4 wird versorgt über eine Zuführleitung von einem aktiven, separaten und externen Heizelement 6 mit einer Brennkammer 6.1, in welches Sekundärgas 5.3 zwecks Erhitzung einströmt und im erhitzten Zustand an den Sammelraum 5.4, mithin an und in den Einlassabschnitt 3 abgegeben wird. Alternativ kann das Sekundärgas 5.3 elektrisch aufgeheizt werden. Zudem ist eine Steuereinheit 7 vorgesehen, die das aktive Heizelement 6 regelt und die Temperatur und den Massenstrom des Sekundärgases 5.3 einstellt.
Nach Ausführungsbeispiel 3 ist der Einlassabschnitt 3 von vorne zu sehen. Das Zuströmelement 5.1 erstreckt sich dabei über einen Winkel β von etwa 200°. Das Zuströmelement 5.1 wird ebenfalls über eine Zuführleitung 5 mittels im Heizelement 6 erhitzten Sekundärgases 5.3, hier Umgebungsluft versorgt.
Gemäß 4 weist die Abgasanlage 4 eines Kraftfahrzeugs einen Verbrennungsmotor 4.6 mit einem Krümmer 4.5 auf. Der Abgasstrom 4.3 wird durch das Abgasrohr 4.4 geleitet und dem Einlassabschnitt 3 zugeführt. An dem Einlassabschnitt 3 ist das Zuströmelement 5.1 vorgesehen, durch das das Sekundärgas 5.3 erhitzt von dem Heizelement 6 in dem Abgasstrom 3 geleitet und mit dem Abgasstrom 3 vermischt wird. Insbesondere das Heizelement 6 ist nicht Teil der Abgasanlage 4 und insofern als extern anzusehen. Weiter stromab ist ein Katalysatorgehäuse 2 mit einem Katalysator 2.2 vorgesehen, an das ein Partikelfilter 4.1 anschließt. Am Ende des Abgasrohres 4.4 ist ein Abgasschalldämpfer 4.2 vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Abgasteilanlage
2: Katalysatorgehäuse
2.1: Abgas-Hauptströmungsmittelachse
2.2: Katalysator
3: Einlassabschnitt
3.1: Vertiefung
3.2: Einlassöffnung
3.3: Gehäusewand
3a: Reihe
3b: Reihe
4: Abgasanlage
4.1: Partikelfilter
4.2: Abgasschalldämpfer
4.3: Abgasstrom
4.4: Abgasrohr
4.5: Krümmer
4.6: Verbrennungsmotor
5: Zuführleitung
5.1: Zuströmelement
5.2: Zuströmöffnung
5.3: Sekundärgas
5.4: Sammelraum
5.5: Öffnungsachse
5a: Reihe
5b: Reihe
6: Heizelement
7: Steuereinheit
6.1: Brennkammer
U: Umfangsrichtung U zu 2.1
Q: Öffnungsquerschnitt
α: Winkel
β: Winkel
γ1: Winkel
γ2: Winkel

Claims

Abgasteilanlage (1) für einen Verbrennungsmotor (4.6), aufweisend: ein Katalysatorgehäuse (2) mit einem Einlassabschnitt (3) und mit einer Einlassöffnung (3.2) zum Einführen eines Abgasstroms (4) in das Katalysatorgehäuse (2), und eine abgasstromfreie Zuführleitung (5) für Sekundärgas (5.3), wobei die Zuführleitung (5) endseitig ein Zuströmelement (5.1) aufweist, mittels dessen das Sekundärgas (5.3) dem Abgasstrom (4.3) zugeführt wird, wobei das Zuströmelement (5.1) stromauf des Katalysatorgehäuses (2) platziert ist, wobei in der Zuführleitung (5) stromauf des Zuströmelements (5.1) ein Heizelement (6) zum Erhitzen des Sekundärgases (5.3) vorgesehen ist, wobei dem Zuströmelement (5.1) zumindest eine Zuströmöffnung (5.2) am Einlassabschnitt (3) zugeordnet ist, über die das erhitzte Sekundärgas (5.3) ausgehend von der Zuführleitung (5) dem Abgasstroms (4.3) zuführbar ist, wobei das Zuströmelement (5.1) zusammen mit dem als Außengehäuse ausgebildeten Einlassabschnitt (3) einen Sammelraum (5.4) begrenzt, von dem aus das Sekundärgas (5.3) über die Zuströmöffnung (5.2) in den Einlassabschnitt (3) führbar ist, wobei jede Zuströmöffnung (5.2) einen Öffnungsquerschnitt und eine Öffnungsachse (5.5) aufweist, und wobei alle Zuströmöffnungen (5.2) den gleichen Öffnungsquerschnitt aufweisen, oder wobei zumindest ein erster Teil von 30 % bis 70 % der Zuströmöffnungen (5.2) einen größeren Öffnungsquerschnitt aufweist als ein zweiter Teil von 70 % bis 30 % der Zuströmöffnungen (5.2); dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungsachsen (5.5) benachbarter Zuströmöffnungen (5.2) und/oder Öffnungsachsen (5.5) innerhalb einer Vertiefung (3.1) gegenüber einer Abgas-Hauptströmungsmittelachse (2.1) in unterschiedlichen Winkeln γ1, γ2 angestellt sind, mit 70° <= γ1 <= 90° und 20° <= γ2 <= 40°.
Abgasteilanlage (1) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuströmelement (5.1) am Einlassabschnitt (3) platziert ist und/oder dass die Zuströmöffnung (5.2) im Einlassabschnitt (3) vorgesehen ist.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassabschnitt (3) mindestens eine oder mehrere Vertiefungen (3.1) aufweist, wobei in jeder Vertiefung (3.1) mindestens eine Zuströmöffnung (5.2) vorgesehen ist.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungsachsen (5.5) benachbarter Zuströmöffnungen (5.2) und/oder Öffnungsachsen (5.5) innerhalb einer Vertiefung (3.1) in einem Winkel α zueinander angestellt sind.
Abgasteilanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α folgende Bedingung erfüllt: 20° <= α <= 170° oder 70° <= α <= 90°.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Reihen (5a, 5b) von Zuströmöffnungen (5.2) und/oder zwei Reihen (3a, 3b) von Vertiefungen (3.1) mit jeweils mindestens einer Zuströmöffnung (5.2) pro Vertiefung (3.1) vorgesehen sind, wobei die Reihen (3a, 3b, 5a, 5b) mit Bezug zu der Abgas-Hauptströmungsachse (2.1) in Umfangsrichtung U verlaufen und nebeneinander angeordnet sind.
Abgasteilanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb mindestens einer Reihe (3a, 3b, 5a, 5b) der Winkel α zwischen zwei Zuströmöffnungen (5.2) und/oder der Winkel γ1, γ2 variiert.
Abgasteilanlage (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen nebeneinander angeordneten Reihen (3a, 3b, 5a, 5b) der Winkel α und/oder der Winkel γ1, γ2 variiert.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuströmelement (5.1) den Einlassabschnitt (3) mit Bezug zur Umfangsrichtung U der Abgas-Hauptströmungsmittelachse (2.1) in einem Winkel β umschließt, mit 50° <= β <= 360°.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (6) elektrisch oder mittels einer Brennkammer (6.1) des Heizelements (6) das Sekundärgas (5.3) erhitzt.
Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (7) zum aktiven Regeln des Heizelements (6) vorgesehen ist, um die Temperatur und/oder den Massenstrom des Sekundärgases (5.3) einzustellen.
Abgasanlage (4) aufweisend eine Abgasteilanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (4), dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (4) gemäß Anspruch 12 das Sekundärgas (5.3) mittels des Heizelements erhitzt wird, so dass die Temperatur eines Katalysators (2.2) reguliert wird.