DE202007008906U1 - Komponente für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren - Google Patents

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Abstract

Komponente für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen, umfassend
– ein Gehäuse (1),
– wenigstens ein Einlassrohr (2) für die zu reinigenden Abgase,
– wenigstens ein Auslassrohr (3) für die gereinigten Abgase,
– eine DOC-Einheit (6),
– eine DPF-Einheit (7)
– und/oder eine SCR-Einheit (10),
gekennzeichnet durch die Merkmale:
– ein Metallschaum dient als Basis für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10),
– Einlass- und Auslassrohre (2, 3)
– sind perforiert,
– und dienen als Träger für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10).
– die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheiten (6, 7, 10) sind konzentrisch auf wenigstens einem der Einlass- und Auslassrohre (2, 3) positioniert,
– Einbauten (4, 5) sorgen für den korrekten Fluss der Abgase durch das Gehäuse (1) und die Metallschäume.

Description

  • Die Erfindung betrifft Komponenten für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, gleichgültig ob Otto- oder Dieselmotoren, werden seit über 100 Jahren in größten Stückzahlen und in den unterschiedlichsten Ausführungen produziert und eingesetzt. Ihre ursprüngliche Aufgabe bestand darin, den vom Verbrennungsmotor erzeugten Lärm auf ein verträgliches, später vom Gesetzgeber vorgeschriebenes Maß zu reduzieren. In den letzten 40 Jahren kam zusätzlich die Aufgabe dazu, die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe wie CO, NOx, Ruß usw. zu beseitigen. Moderne Abgasanlagen enthalten daher je nach Verwendungszweck eine Dieselrußpartikelfilter(DPF)-Einheit, eine selektiv katalytische Reduktions(SCR)-Einheit und/oder eine Dieseloxidationskatalysator(DOC)-Einheit, oder auch eine einfache Katalysatoreinheit.
  • Als Träger für die erwähnten Einheiten zur Reduzierung und/oder Reinigung der Verbrennungsabgase kommen keramische oder metallische Trägerelemente zum Einsatz. Keramische Trägerelemente müssen aufgrund der Tatsache, dass ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient sich deutlich von den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Metallteile der Abgasanlagen unterscheiden, mit Hilfe von Lagermatten, Quellmatten und dergleichen aufwändig gelagert werden. Darüber hinaus lassen sich die keramischen Elemente nur mit relativ großen Abmessungstoleranzen produzieren, so dass die sie aufnehmenden Gehäuse oftmals aufwändig kalibriert werden müssen.
  • Ein weiterer Problempunkt bei der Produktion von Abgasanlagen ist die Tatsache, dass die vorgefertigten aktiven Komponenten in die ebenfalls vorgefertigten Gehäuse eingeführt werden müssen, wobei während der Montage bestimmte Presskräfte eingehalten werden müssen, um zu verhindern, dass die Einsätze entweder ihren Halt verlieren oder beschädigt werden, wenn sich die Abgasanlage im Betrieb auf Temperaturen bis zu 900°C erhitzt.
  • Ein weiteres Problem der klassischen Produktion von Abgasanlagen ist darin begründet, dass die jeweiligen Einbaukomponenten oftmals nur in vorbestimmten Formen und Abmessungen produziert werden können. Das gilt nicht nur für die keramischen sondern auch für die metallischen Einbaukomponenten. Dadurch können die Vorgaben der Kraftfahrzeughersteller oftmals nicht oder nur annähernd erfüllt werden, was beim Bau der Kraftfahrzeuge zu Kompromissen Anlass gibt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Komponenten für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren, in Kraftfahrzeugen anzugeben, die eine praktisch beliebige Formgebung und damit verbunden Abgasführung ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch Komponenten mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die vorliegende Erfindung ersetzt die bisher verwendeten vorgefertigten Einbaukomponenten auf Keramikbasis oder auch Metallblechbasis durch einen metallischen Schaumwerkstoff. Dadurch entfällt das Stopfen von vorgefertigten Elementen in die Gehäuse und das Lagern der vorgefertigten Komponenten mit Hilfe von Lager- und Quellmatten. Struktur und Porengröße des Schaums lassen sich in weiten Grenzen an die vorgegebenen Bedingungen anpassen.
  • Ferner kann der Schaumwerkstoff entsprechend dem gewünschten Einsatzzweck mit den entsprechenden Elementen katalytisch beschichtet werden, um so die Funktion als Kat-Einheit, SCR-Einheit, DOC-Einheit oder DPF-Einheit zu erfüllen.
  • Das Grundprinzip der Erfindung ist, dass die im Abgassystem integrierten Komponenten um wenigstens ein Einlass- und/oder Auslassrohr als Schaum-Kartusche angeordnet sind. Die Rohre sind optimal perforiert, um eine gleichmäßige Durchströmung der Schaumkomponenten mit Abgasen zu ermöglichen. Dabei können die Rohre auch gleichzeitig die Tragfunktion übernehmen.
  • Die Schaumkörper werden durch ringförmige Distanzelemente auf Position gehalten, die sich wiederum an metallischen und am Zentralrohr befestigten Anlaufscheiben abstützen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann das sich so ergebende zylinderförmige Schaumgebilde, beispielsweise die Hintereinanderschaltung von DOC-Einheit und DPF-Einheit, durch ein Rohr in definiertem Abstand umfasst sein, so dass ein Ringspalt als Kanal zur Wegführung der Abgase entsteht. In diesen Ringspalt kann die zur katalytischen Reduktion benötigte Harnstoff-Wasser-Lösung eingedüst werden.
  • Vorteilhafterweise sitzt die Harnstoffdüse am Eingang des Kanals.
  • Da zur Verdampfung der Harnstoff-Wasser-Lösung eine möglichst lange Verdampfungsstrecke benötigt wird, abhängig von Temperatur, Tröpfchengröße und Massenstrom, wird in den erwähnten Kanal ein wendelförmiges Gasleitblech eingesetzt. Dadurch wird das Gas schraubenförmig durch den Wendelkanal geführt, wodurch der zur Verfügung stehende Verdampfungsweg vervielfacht wird, je nach Steigung des Wendelblechs. Diese schraubenförmige Abgasführung stellt gleichzeitig eine akustische Tuningmaßnahme dar, so dass eine gestalterische Freiheit für die Anpassung von zur Schalldämpfung erforderlichen Rohrlängen vorhanden ist.
  • Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • Die Figur zeigt rein schematisch einen Längsschnitt durch eine Komponente für eine Abgasanlage für einen Dieselmotor. Man erkennt ein zylindrisches Gehäuse 1, in das ein Einlassrohr 2 hineinführt und aus dem ein Auslassrohr 3 herausführt. Beide Rohre 2, 3 sind perforiert. Eine Trennwand 5 verhindert, dass in das Einlassrohr 2 eintretende Abgase direkt in das Auslassrohr 3 übertreten können. Der Gehäusemantel ist mit einer Isolierung 13 ausgerüstet.
  • Im Inneren des Gehäuses 1 befindet sich auf dem Einlassrohr 2 ein erster Metallschaumzylinder 6, der katalytisch beschichtet ist, um eine DOC-Einheit zu bilden.
  • Auf dem Zylinder 6 befindet sich ein zweiter Metallschaumzylinder 7, der ebenfalls katalytisch beschichtet ist, um eine DPF-Einheit zu bilden. Die beiden Metallschaumzylinder 6, 7 sind stirnseitig mittels einer Isoliermatte 8 gegen das Gehäuse 1 isoliert.
  • Der zweite Metallschaumzylinder 7 ist mit Abstand von einem Zylinderstutzen 4 umgeben, der seinerseits einen ausreichenden Abstand zu dem Gehäuse 1 bzw. der Isolierung 13 aufweist. Rückseitig ist der Zylinderstutzen 4 mit der Trennwand 5 verbunden. Dadurch entsteht ein mäanderförmiger Gasweg.
  • In den Spalt zwischen dem Rohrstutzen 4 und dem Gehäuse 1 ist ein wendelförmiges Gasleitblech 9 eingesetzt. Dadurch müssen die Abgase diesen Spalt schraubenlinienförmig durchströmen, was zu einer entsprechenden Verlängerung des Gaskanals führt. Diese Verlängerung des Gaskanals ermöglicht es einer Harnstoff-Wasser-Lösung, die durch eine Harnstoff-Düse 12 in den Abgasstrom eingedüst wird, zu verdampfen, so dass ein Abgas-Ammoniak-Gemisch entsteht.
  • Dieses Abgas-Ammoniak-Gemisch tritt in einen dritten Schaumzylinder 10 ein, der ebenfalls katalytisch beschichtet ist, um eine SCR-Einheit zu bilden. In der SCR-Einheit werden die Abgase mit Hilfe des enthaltenen Ammoniaks selektiv katalytisch reduziert.
  • Die gereinigten Abgase treten in das perforierte Auslassrohr 3 ein und verlassen die Einheit.
  • Der dritte Schaumzylinder 10 ist stirnseitig ebenfalls mit Hilfe einer Isolierschicht 11 gegen das Gehäuse 1 isoliert.
  • Es versteht sich, dass hinter der in der Zeichnung dargestellten Einheit weitere Einheiten, beispielsweise ein Nachschalldämpfer zur Reduzierung des Lärms am Endrohr, eingesetzt werden können.
  • Es versteht sich des weiteren, dass die Schaumzylinder 6, 7, 10 nicht ausschließlich in der in der Figur dargestellten Kreiszylinderform produziert werden müssen. Durch die Verwendung von Metallschaum lassen sich vielmehr praktisch beliebige Formen realisieren, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass die für die jeweilige Funktion erforderlichen Strömungsbedingungen und Verweilzeiten eingehalten werden.

Claims (11)

  1. Komponente für Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselmotoren in Kraftfahrzeugen, umfassend – ein Gehäuse (1), – wenigstens ein Einlassrohr (2) für die zu reinigenden Abgase, – wenigstens ein Auslassrohr (3) für die gereinigten Abgase, – eine DOC-Einheit (6), – eine DPF-Einheit (7) – und/oder eine SCR-Einheit (10), gekennzeichnet durch die Merkmale: – ein Metallschaum dient als Basis für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10), – Einlass- und Auslassrohre (2, 3) – sind perforiert, – und dienen als Träger für die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheit (6, 7, 10). – die DOC-, DPF- und/oder SCR-Einheiten (6, 7, 10) sind konzentrisch auf wenigstens einem der Einlass- und Auslassrohre (2, 3) positioniert, – Einbauten (4, 5) sorgen für den korrekten Fluss der Abgase durch das Gehäuse (1) und die Metallschäume.
  2. Komponente nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Merkmal: – Struktur und/oder Porengröße des Metallschaums sind an die Bedürfnisse der jeweiligen Einheit (6, 7, 10) angepasst.
  3. Komponente nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch das Merkmal: – der Metallschaum ist katalytisch beschichtet.
  4. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die DPF-Einheit (7) sitzt konzentrisch auf der DOC-Einheit (6).
  5. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch das Merkmal: – oberhalb der DPF-Einheit (7) und mit Abstand zum Gehäuse (1) ist ein Zylinder (4) vorgesehen, der einen gasführenden Kanal (9), insbesondere Ringkanal, ausbildet.
  6. Komponente nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch das Merkmal: – im Kanal (9) ist ein wendelförmiges Gasleitblech positioniert.
  7. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch das Merkmal: – zwischen der DPF-Einheit (7) und der SCR-Einheit (10) ist eine Harnstoff-Düse (12) positioniert.
  8. Komponente nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Harnstoff-Düse (12) sitzt am Eingang des Kanals (9).
  9. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Merkmale: – Einlass- und Auslassrohr (2, 3) verlaufen koaxial, – eine Trennwand (5) versperrt den Gasdurchtritt.
  10. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch das Merkmal: – die Trennwand (9) trennt die DOC- und DPF-Einheiten (6, 7) von der SCR-Einheit (10).
  11. Komponente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch das Merkmal: – Lagermatten (8, 11) sitzen zwischen der DOC- und der DPF-Einheit (6, 7) bzw. der SCR-Einheit (10) einerseits und den Endböden des Gehäuses (1) andererseits.
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