DE102009034085A1

DE102009034085A1 - Abgasanlage

Info

Publication number: DE102009034085A1
Application number: DE102009034085A
Authority: DE
Inventors: Hayri Winter; Hagen Kretzschmar
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2009-07-21
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors weist eine Abgasrückführungsleitung auf, welche eine Eingangsöffnung zum Entnehmen eines Teil-Abgasstroms aus einem in einer Abgasleitung entlang einer Strömungsrichtung strömenden Haupt-Abgasstroms, eine Ausgangsöffnung zum Zuführen des Teil-Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors und einen zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung angeordneten Partikelfilter umfasst. Der Partikelfilter ist durch ein Sieb mit einem in Bezug auf die Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms konisch ausgebildeten Siebabschnitt gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführungsleitung, insbesondere einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung, welche eine Eingangsöffnung zum Entnehmen eines Teil-Abgasstroms aus einem in einer Abgasleitung entlang einer Strömungsrichtung strömenden Haupt-Abgasstroms, eine Ausgangsöffnung zum Zuführen des Teil-Abgasstroms in eine Ansaugleitung des Verbrennungsmotors und einen zwischen Eingangsöffnung und Ausgangsöffnung angeordneten Partikelfilter umfasst.
Durch das Verfahren der Abgasrückführung (AGR) können unerwünschte Emissionen von Verbrennungsmotoren verringert werden. Bei der so genannten Niederdruck-Abgasrückführung wird ein Teil des von dem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgasstroms stromabwärts eines Abgasturboladers und stromabwärts eines Rußpartikelfilters aus dem Abgaskanal entnommen und über eine Niederdruckleitung stromaufwärts des Abgasturboladers in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespeist. Um zu verhindern, dass in dem entnommenen Teil-Abgasstrom vorhandene Partikel, wie z. B. Ausbrüche des Rußpartikelfilters oder Bearbeitungsrückstände, auf die Verdichterschaufeln des Abgasturboladers treffen und diese beschädigen, ist es notwendig, in die Niederdruckleitung zur Abgasrückführung einen geeigneten Partikelfilter einzusetzen. Bei bekannten Systemen werden dazu zylindrische oder tubenförmige Siebfilter eingesetzt. Bei den zylindrischen Filtern ist es erforderlich, die Abgasrückführungsleitung im Bereich des Filters aufzuweiten, damit die durchströmbare Siebfläche an den Seitenwänden des Zylinders nicht durch die Leitungswände blockiert wird. Dies ist mit einer unerwünschten Einschränkung der Einbauoptionen verbunden. Bei den tubenförmigen Filtern ist eine derartige Leitungsaufweitung nicht erforderlich, d. h. diese können direkt in ein Rohr eingebaut werden. Allerdings ist bei dieser Filterform die freie Siebfläche geringer im Vergleich zu zylindrischen Filtern, was zu einem unerwünscht hohen Gegendruck führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abgasanlage mit einer Abgasrückführungsleitung bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile vermeidet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist der Partikelfilter durch ein Sieb mit einem in Bezug auf die Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms konisch ausgebildeten Siebabschnitt gebildet. Der erfindungsgemäß gestaltete Partikelfilter kann ohne Leitungsaufweitung in eine übliche Abgasrückführungsleitung eingebaut werden, da die Siebfläche aufgrund des konischen Siebabschnitts auch an den Seitenwänden ausreichend durchströmbar ist. Gegenüber einem Tubenfilter erzeugt der konisch geformte Filter jedoch einen geringeren Gegendruck. Die erfindungsgemäße Abgasanlage ermöglicht daher sowohl hinsichtlich der Emissionsbegrenzung als auch in Bezug auf die Einbauspezifikationen eine Verbesserung gegenüber bekannten Systemen.
Vorzugsweise verjüngt sich der Siebabschnitt entgegen der Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms. Hierdurch können besonders günstige Gegendruckwerte erreicht werden. Weiterhin wird eine unerwünschte Ansammlung von Partikeln im verjüngten Bereich vermieden.
Alternativ kann sich der Siebabschnitt auch in Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms verjüngen.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Sieb die Form eines Kegelstumpfs auf. Durch diese fingerhutartige Formgebung können die Vorteile des Zylinderfilters und die Vorteile des Tubenfilters gleichermaßen ausgenutzt werden.
Das Sieb kann die Form eines geraden Kreiskegelstumpfs aufweisen, wobei die Grundfläche des Kreiskegelstumpfs bevorzugt wenigstens doppelt so groß ist wie die Deckfläche des Kreiskegelstumpfs. Durch diese eher lang gestreckte Form kommen die Vorteile des konischen Abschnitts besonders zur Geltung.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Sieb aus einem konisch zulaufenden Mantelteil und einem stirnseitigen ebenen Deckelteil zusammengesetzt. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache und kostengünstige Herstellung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Sieb aus einem Metallsieb mit einer Maschenweite von weniger als 0,2 mm hergestellt. Dies gewährleistet ein sicheres Abfangen von Partikeln, welche für die Verdichterschaufeln des Abgasturboladers schädlich sein könnten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Abgasanlage ein, insbesondere ringförmiges, Trägerteil, an welchem das Sieb angebracht ist. Das Trägerteil kann eine Stütze für das Sieb bereitstellen und außerdem zur Lagerung in der Abgasrückführungsleitung eingesetzt werden.
Die Größe der Eingangsöffnung kann durch einen Innendurchmesser des Trägerteils definiert sein. Der Teil-Abgasstrom tritt also z. B. durch das ringförmige Trägerteil hindurch und wird in der Folge durch das Sieb gehäuseartig aufgefangen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Trägerteil des Siebs einen, insbesondere angeformten, Montageflansch. Auf diese Weise ist eine sichere und korrekte Lagerung des Partikelfilters in einem zugehörigen Abschnitt der Abgasrückführungsleitung gewährleistet.
Das Trägerteil des Siebs kann einen umlaufenden, quer zur Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms weisenden Vorsprung aufweisen, welcher insbesondere einen konischen Querschnitt aufweist. Ein derartiger Vorsprung kann zur Schaffung einer Sickendichtung verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist an einem äußeren Umfangsabschnitt des Partikelfilters ein Dichtmittel, insbesondere ein Dichtring, vorgesehen. Der Dichtring kann zum Abdichten gegenüber der Abgasrückführungsleitung und gleichzeitig zum Fixieren oder Lager des Partikelfilters in der Abgasrückführungsleitung verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Partikelfilter fest mit der Rückführungsleitung verbunden, insbesondere mit dieser verschweißt, um so eine sichere und dauerhafte Lagerung zu schaffen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Partikelfilter lösbar mit der Rückführungsleitung verbunden. Bei dieser Ausführungsform kann der Partikelfilter also ausgewechselt werden, falls z. B. eine Beschädigung vorliegt oder die Siebfläche verstopft ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Rückführungsleitung einen Schnittstellenabschnitt auf, in dessen Bereich der Partikelfilter eingesetzt ist. Eine Schnittstelle zum Abgaskanal ist in der Praxis ohnehin vorzusehen. Deshalb ist es vorteilhaft, den Partikelfilter an dieser Stelle einzusetzen, um so einen Filterwechsel zu erleichtern.
Mögliche Weiterbildungen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Zeichnung sowie der Beschreibung angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abgasanlage eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasrückführungsleitung.
2A zeigt eine Draufsicht auf einen tubenförmigen Partikelfilter gemäß dem Stand der Technik.
2B zeigt eine Seitenansicht des Partikelfilters gemäß 2A.
3 zeigt eine Seitenansicht eines zylindrischen Partikelfilters gemäß dem Stand der Technik.
4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Partikelfilters gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Partikelfilters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
6 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts der Abgasrückführungsleitung gemäß 1.
7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Abgasrückführungsleitung gemäß 1, in die ein Partikelfilter eingesetzt ist.
8 zeigt eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Abgasrückführungsleitung gemäß 1, in die ein Partikelfilter mit einem Dichtring eingesetzt ist.
Gemäß der schematischen Darstellung von 1 saugt ein Verbrennungsmotor 11 – beispielsweise ein Dieselmotor – über einen Ansaugtrakt 13 Frischluft an, welche mittels eines Abgasturboladers 15 verdichtet wird. Der Verbrennungsmotor 11 stößt einen entlang einer Strömungsrichtung S1 strömenden Haupt-Abgasstrom aus, welcher in einem Abgaskanal 19 bis zu einem Auspuffendrohr 21 geleitet wird. Der Haupt-Abgasstrom treibt den Abgasturbolader 15 an und wird stromabwärts des Abgasturboladers 15 durch einen Rußpartikelfilter 23 gereinigt. Stromabwärts des Rußpartikelfilters 23 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 25, welche eine Eingangsöffnung 24 und eine Ausgangsöffnung 26 aufweist, von dem Abgaskanal 19 ab und führt einen Teil-Abgasstrom entlang einer Strömungsrichtung S2 über ein Abgasrückführungsventil 27 dem Ansaugtrakt 13 zu. Zwischen der Eingangsöffnung 24 und der Ausgangsöffnung 26 ist ein Partikelfilter 30 in die Rückführungsleitung 25 eingesetzt, welcher in 1 lediglich schematisch dargestellt ist und nachfolgend detaillierter beschrieben wird.
In 2A und 2B ist ein Partikelfilter für eine Abgasrückführungsleitung gemäß dem Stand der Technik dargestellt, welcher durch ein tubenförmiges Sieb 31 gebildet ist, welches an einem ringförmigen Trägerteil 32 angebracht ist. Wie zu erkennen ist, verjüngt sich das Sieb entlang der Strömungsrichtung S2 des Teil-Abgasstroms und bildet am stromabwärtigen Ende einen linienartigen Knick 33.
3 zeigt einen weiteren Partikelfilter für eine Abgasrückführungsleitung gemäß dem Stand der Technik. Der Partikelfilter ist hier durch ein zylindrisches Sieb 37 gebildet, welches an einem ringförmigen Trägerteil 39 angebracht ist. Bei diesem Partikelfilter 35 liegt also keinerlei Verjüngung entlang der Strömungsrichtung S2 vor.
Demgegenüber ist ein erfindungsgemäßer Partikelfilter 30 gemäß 4 in der Grundform eines Kegelstumpfs gestaltet. Der Partikelfilter 30 ist aus einem ringförmigen Trägerteil 41 und einem an dem Trägerteil 41 angebrachten Sieb 43 zusammengesetzt. Das Sieb 43 ist aus einem sich entgegen der Strömungsrichtung S2 des Teil-Abgasstroms konisch verjüngenden Mantelteil 45 und einem stirnseitigen ebenen Deckelteil 47 zusammengesetzt. Sowohl das Mantelteil 45 als auch das Deckelteil 47 sind aus einem Metallsieb mit einer Maschenweite von etwa 0,2 mm hergestellt. An dem Trägerteil 41 kann der Partikelfilter 30 in die Abgasrückführungsleitung 25 (1) eingeschweißt sein. Der Partikelfilter 30 könnte alternativ auch um 180° gewendet in die Abgasrückführungsleitung 25 eingesetzt werden. In diesem Fall würde sich das Mantelteil in Strömungsrichtung S2 des Teil-Abgasstroms verjüngen.
5 zeigt einen Partikelfilter 30' gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung. Der Partikelfilter 30' gemäß 5 ist in ähnlicher Weise ausgestaltet wie der Partikelfilter 30 gemäß 4 und weist ebenfalls ein Trägerteil 41 und ein Sieb 43 mit konisch geformtem Mantelteil 45 und ebenem Deckelteil 47 auf. Das Trägerteil 41 weist hier eine Erweiterung 49 mit einem angeformten Flanschkonus 51 auf. Der Flanschkonus 51 dient der Lagerung in einem entsprechenden Lagerabschnitt der Abgasrückführungsleitung 25 (1) und kann für eine Sickendichtung eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 6–8 wird die Lagerung des Partikelfilters 30' in der Abgasrückführungsleitung 25 genauer beschrieben. 6 zeigt eine Seitenansicht eines Abschnitts der Abgasrückführungsleitung 25, in welchem eine Schnittstelle 53 vorgesehen ist. Im Bereich der Schnittstelle 53 ist der Partikelfilter 30' unter Ausbildung einer Sickendichtung 55, welche mittels einer Schraube 57 fixiert werden kann, in der Abgasrückführungsleitung 25 gelagert. Wie aus der Querschnittsansicht gemäß 7 hervorgeht, ist der Partikelfilter 30' über den Flanschkonus 51 in Bezug auf die Abgasrückführungsleitung 25 fixiert. Gemäß einer alternativen Einbauvariante, welche in 8 dargestellt ist, kann die Fixierung auch über einen Dichtring 59 erfolgen, welcher zwischen der Wand der Abgasrückführungsleitung 25 und einem äußeren Umfangsabschnitt 61 des Trägerteils 41 angeordnet ist. Der Partikelfilter 30' kann somit an der Schnittstelle 53 entnommen und gegen einen Ersatzfilter ausgetauscht werden.
Während des Betriebs der Abgasanlage tritt der durch die Abgasrückführungsleitung 25 strömende Teil-Abgasstrom sowohl im Bereich des Mantelteils 45 als auch im Bereich des Deckelteils 47 durch die Öffnungen des Siebs 43 hindurch und wird auf diese Weise gefiltert. Aufgrund der ungehinderten Durchströmbarkeit sowohl des Mantelteils 45 als auch des Deckelteils 47 erzeugt der erfindungsgemäße Partikelfilter 30 einen relativ geringen Gegendruck. Eine Aufweitung der Rückführungsleitung 25 ist nicht erforderlich, da aufgrund der konischen Form des Mantelteils 45 ein ausreichender Freiraum 63 (7 und 8) zwischen Siebfläche und Rohrwand besteht.
Bezugszeichenliste

11: Verbrennungsmotor
13: Ansaugtrakt
15: Abgasturbolader
19: Abgaskanal
21: Auspuffendrohr
23: Rußpartikelfilter
24: Eingangsöffnung
25: Abgasrückführungsleitung
26: Ausgangsöffnung
27: Abgasrückführungsventil
30: Partikelfilter
30': Partikelfilter
31: tubenförmiges Sieb
32: Trägerteil
33: Knick
37: zylindrisches Sieb
39: Trägerteil
41: Trägerteil
43: Sieb
45: Mantelteil
47: Deckelteil
49: Erweiterung
51: Flanschkonus
53: Schnittstelle
55: Sickendichtung
57: Schraube
59: Dichtring
61: Umfangsabschnitt
63: Freiraum
S1: Strömungsrichtung des Haupt-Abgasstroms
S2: Strömungsrichtung des Teil-Abgasstroms

Claims

Abgasanlage eines Verbrennungsmotors (11) mit einer Abgasrückführungsleitung (25), insbesondere einer Niederdruck-Abgasrückführungsleitung, welche eine Eingangsöffnung (24) zum Entnehmen eines Teil-Abgasstroms aus einem in einer Abgasleitung (19) entlang einer Strömungsrichtung (S1) strömenden Haupt-Abgasstroms, eine Ausgangsöffnung (26) zum Zuführen des Teil-Abgasstroms in eine Ansaugleitung (13) des Verbrennungsmotors (11) und einen zwischen Eingangsöffnung (24) und Ausgangsöffnung (26) angeordneten Partikelfilter (30, 30') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (30, 30') durch ein Sieb (43) mit einem in Bezug auf die Strömungsrichtung (S2) des Teil-Abgasstroms konisch ausgebildeten Siebabschnitt (45) gebildet ist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Siebabschnitt (45) entgegen der Strömungsrichtung (S2) des Teil-Abgasstroms verjüngt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Siebabschnitt (45) in Strömungsrichtung (S2) des Teil-Abgasstroms verjüngt.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (43) die Form eines Kegelstumpfs aufweist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (43) die Form eines geraden Kreiskegelstumpfs aufweist, wobei die Grundfläche des Kreiskegelstumpfs bevorzugt wenigstens doppelt so groß ist wie die Deckfläche des Kreiskegelstumpfs.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (43) aus einem konisch zulaufenden Mantelteil (45) und einem stirnseitigen ebenen Deckelteil (47) zusammengesetzt ist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (43) aus einem Metallsieb mit einer Maschenweite von weniger als 0,2 mm hergestellt ist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein, insbesondere ringförmiges, Trägerteil (41), an welchem das Sieb (43) angebracht ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Eingangsöffnung (24) durch einen Innendurchmesser des Trägerteils (41) definiert ist.
Abgasanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (41) des Siebs (43) einen, insbesondere angeformten, Montageflansch (51) umfasst.
Abgasanlage nach zumindest einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (41) des Siebs (43) einen umlaufenden, quer zur Strömungsrichtung (S2) des Teil-Abgasstroms weisenden Vorsprung aufweist, welcher insbesondere einen konischen Querschnitt aufweist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem äußeren Umfangsabschnitt (61) des Partikelfilters (30') ein Dichtmittel (59), insbesondere ein Dichtring, vorgesehen ist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (30) fest mit der Rückführungsleitung (25) verbunden, insbesondere mit dieser verschweißt, ist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (30') lösbar mit der Rückführungsleitung (25) verbunden ist.
Abgasanlage nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführungsleitung (25) einen Schnittstellenabschnitt (53) aufweist, in dessen Bereich der Partikelfilter (30, 30') eingesetzt ist.