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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Zuheizsystem, das für ein mit einer Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug vorgesehen ist, wobei das Zuheizsystem eine erste Abgasleitung aufweist und die Brennkraftmaschine eine Ansaugleitung sowie eine zweite Abgasleitung mit einer Abgasreinigungseinrichtung aufweist, und wobei eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das durch die erste Abgasleitung geführte Abgas des Zuheizsystems unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine stromauf der Abgasreinigung in die Ansaugleitung und/oder in die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine abführbar ist.
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Bei Kraftfahrzeugen werden vielfach kraftstoffbetriebene Zuheizsysteme eingesetzt, um den Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder den Komfort der Fahrgäste zu unterstützen. Im Rahmen der immer strenger werdenden Abgasgesetzgebung besteht nun aber die Forderung, dass nicht nur die Abgase der Brennkraftmaschine, sondern auch die Abgase der Zuheizsysteme konvertiert werden. Idealerweise soll für die Konvertierung die der Brennkraftmaschine zugeordnete Abgasreinigungseinrichtung genutzt werden. Dabei ist jedoch problematisch, dass die Brennkraftmaschine und die Zuheizsysteme unter ganz anderen Druckbedingungen arbeiten, so dass die Abgase der Zuheizsysteme nicht ohne weiteres in die Abgasreinigungseinrichtung eingeleitet werden können.
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Die Druckschrift
DE 298 04 132 U1 beschreibt eine Abgaswärmenutzung von Standheizungen zum Vorwärmen des ersten Katalysators an Kraftfahrzeugen. Dazu wird das Abgas der Standheizung unmittelbar vor dem ersten Katalysator durch ein isoliertes oder doppelwandiges Edelstahlrohr in einem spitzen Winkel in die Abgasanlage eingeleitet Unmittelbar vor der Einmündung in die Abgasanlage ist ein Kompensator eingefügt, um unerwünschte Schwingungen des Abgases zu vermeiden. Zudem ist dort eine Rückschlagklappe vorgesehen, um das Zurückströmen von Motorabgasen in die Standheizung auszuschließen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 047 636 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Zusatzheizgerät bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Abgas des kraftstoffbetriebenen Zusatzheizgerätes über eine nicht näher beschriebene Schnittstelle in eine dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges zugeordnete Auspuffanlage eingeleitet. Das Abgas wird daraufhin in einer der Auspuffanlage zugeordneten Abgasreinigungsanlage gereinigt und nach der Reinigung schließlich in die Atmosphäre abgeführt.
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Die Druckschrift
DE 37 30 121 C2 beschreibt eine Heizungsanlage für ein Kraftfahrzeug. Diese Heizungsanlage weist einen Brenner auf, dessen Verbrennungsgas über ein Umschaltventil in die Ansaugleitung, die Atmosphäre oder die Abgasleitung des Motors geführt wird. Dabei ist in einem Zwischenstück des Verbrennungsluftweges ein Wärmetauscher angeordnet, um die Wärmeenergie des Verbrennungsgases zu nutzen.
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In der gattungsbildenden Druckschrift
DE 100 05 520 A1 ist ein Ansaugluft-Heizsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffverbrennungsheizer geoffenbart. Dort ist ein Verbrennungssteuerventil vorgesehen, welches die Verbindung mit der Ansaugleitung und der Abgasleitung der Brennkraftmaschine steuert. Dabei kann das Verbrennungsgas des Heizsystems ganz oder teilweise der Ansaugleitung bzw. der Abgasleitung zugeführt werden.
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Ferner ist aus der Druckschrift
DE 43 42 296 C1 eine Vorrichtung zur Abgasreinigung nach dem Kaltstart bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Abgas der Brennkraftmaschine nach dem Kaltstart nicht an die Umgebung abgegeben, sondern einer Speicherleitung zugeführt und wird das Abgas nach Beendigung der Warmlaufphase wieder in die Ansaugleitung oder stromauf der Abgasreinigungseinrichtung in die Abgasleitung eingespeist.
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Schließlich ist in der Druckschrift
DE 198 37 509 A1 eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungseinrichtung und einem Speichervolumen beschrieben. Dabei wird insbesondere nach einem Kaltstart zumindest ein Teil des Abgases der Brennkraftmaschine in das Speichervolumen eingeleitet. Hat die Abgasreinigungseinrichtung nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne ihre Betriebstemperatur erreicht, so kann das Speichervolumen wieder entleert werden, wobei die Entleerung vorzugsweise stromauf der Abgasreinigungseinrichtung erfolgt.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Zuheizsystem bereitzustellen, welche das Abführen des Abgases des Zuheizsystems ohne unerwünschte Wechselwirkungen mit der Brennkraftmaschine ermöglicht, so dass das Abgas des Zuheizsystem mittels einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Abgasreinigungseinrichtung konvertierbar ist. Zudem soll diese Vorrichtung sehr flexibel einsetzbar sein, so dass auch strengste Abgasvorschriften erfüllt werden.
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Gelöst wird die Aufgabe, indem bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Dosiereinrichtung wenigstens zwei voneinander getrennte Behälter aufweist, die alternierend mit dem Abgas des Zuheizsystems befüllt und von dem Abgas des Zuheizsystems entleert werden. Mittels dieser Behälter ist eine optimale Entkopplung zwischen dem Abgas des Zuheizsystems und der Brennkraftmaschine verwirklicht. Somit wird zuverlässig vermieden, dass die offene Flamme des Zuheizsystems durch das Abgas der Brennkraftmaschine „ausgeblasen” wird. Zudem wird nicht nur das Abgas der Brennkraftmaschine, sondern auch das Abgas des Zuheizsystems über die bereits vorhandene Abgasreinigungsanlage konvertiert und tritt das Abgas des Zuheizsystems auch nur durch die Abgasanlage der Brennkraftmaschine definiert nach außen, so dass für den Betrachter eines Fahrzeuges, welches mit dieser Vorrichtung ausgestattet ist, keine Irritationen entstehen.
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Bevorzugt weist die Dosiereinrichtung wenigstens zwei voneinander getrennte Behälter auf, die alternierend mit dem Abgas des Zuheizsystems befüllt und von dem Abgas des Zuheizsystems entleert werden, wobei die Behälter zur Befüllung an die erste Abgasleitung des Zuheizsystems angekoppelt sind und von der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine abgekoppelt sind, und wobei die Behälter zur Entleerung von der ersten Abgasleitung des Zuheizsystems abgekoppelt sind und an die Ansaugleitung und/oder die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine angekoppelt sind.
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Zweckmäßig ist zwischen den voneinander getrennten Behältern der Dosiereinrichtung ein erstes Umschaltventil vorgesehen. Dieses erste Umschaltventil wird in Abhängigkeit von der in den Behältern befindlichen Abgasmenge oder in Abhängigkeit von der Betriebsdauer des Zuheizsystems umgeschaltet, so dass dann der andere bzw. der nächste Behälter befüllt wird. Simultan zur Befüllung des einen Behälters erfolgt das Entleeren des anderen oder des nächsten Behälters.
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Besonders zweckmäßig ist stromab der Dosiereinrichtung ein zweites Umschaltventil vorgesehen, welches das über die Dosiereinrichtung abgeführte Abgas des Zuheizsystems mit der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine verbindet. Somit regelt dieses zweite Umschaltventil, ob das Abgas des Zuheizsystems stromauf der Brennkraftmaschine und/oder stromab der Brennkraftmaschine eingeleitet wird.
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Darüber hinaus sollten die Behälter der Dosiereinrichtung jeweils als eine Expansions- bzw. Kompressionskammer ausgeführt sein, um das Abgas des Zuheizsystems nahezu ohne Gegendruck aufzunehmen und auch wieder abzugeben. Dadurch kann das bei einem einfachen, lediglich durch einen Brenner realisierten Zuheizsystem normalerweise etwa bei Atmosphärendruck anfallende Abgas eingesaugt werden, auf das Druckniveau der Ansaugluft oder des Abgases der Brennkraftmaschine angehoben werden und wiederum weitgehend druckneutral in die Ansaugleitung oder in die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine abgeführt werden. Die Verdichtung des Abgases erfolgt dabei in sinnvoller Weise während des Umschaltens des ersten Umschaltventils, das heißt zwischen dem Befüllen des Behälters und dem anschließenden Entleeren des Behälters, wenn der von dem ersten Umschaltventil beherrschte Behälter nicht mehr an die erste Abgasleitung des Zuheizsystems angekoppelt ist und noch nicht an die Ansaugleitung und/oder die zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine angekoppelt ist.
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Vorteilhaft sind das erste Umschaltventil, das zweite Umschaltventil und/oder die Expansions- bzw. Kompressionskammern in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Zuheizsystems steuerbar. Eine solche Steuerung sieht zum Beispiel vor, dass das erste Umschaltventil zum Spülen der Behälter auch nach dem Ausschalten des Zuheizsystems gelegentlich hin- und hergeschaltet wird, dass das zweite Umschaltventil je nach anfallender Menge der Abgase eine bestimmte Winkelstellung einnimmt oder dass das Abgas aus den Expansions- bzw. Kompressionskammern gedrosselt bzw. kontinuierlich in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
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Gemäß einer besonderen Weiterbildung ist das zweite Umschaltventil zur Rückführung des Abgases der Brennkraftmaschine aus der zweiten Abgasleitung in die Ansaugleitung steuerbar. Dazu sollte das zweite Umschaltventil gegebenenfalls einfach in eine Mittelstellung gebracht werden oder getaktet hin- und hergeschaltet werden.
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Und gemäß einer anderen Weiterbildung ist zwischen dem zweiten Umschaltventil und der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine ein steuerbares Rückschlagventil vorgesehen, um während des Betriebs der Brennkraftmaschine ohne Betrieb des Zuheizsystems eine unerwünschte Abgasrückführung zu vermeiden. Darüber hinaus kann dieses Rückschlagventil während des Betriebs der Brennkraftmaschine aber auch dazu dienen, um dann, wenn sich das Umschaltventil in einer Zwischenstellung befindet, eine erwünschte Abgasrückführung einzustellen.
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Besonders vorteilhaft wird die genau bekannte Menge des über die Dosiereinrichtung abgeführten Abgases des Zuheizsystems, welche der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine zugeführt wird, bei der Steuerung der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Denn sowohl die Verbrennung innerhalb der Brennkraftmaschine wie auch die Konvertierung innerhalb der Abgasreinigungseinrichtung werden durch das zusätzliche Abgas des Zuheizsystems beeinflusst, so dass je nach Menge und gewähltem Weg dieses „zusätzlichen” Abgases des Zuheizsystems gegebenenfalls eine Adaption der Steuerung erforderlich ist.
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Das Abgas des Zuheizsystems kann außerdem mittels einer Einrichtung zur Kühlung oder zur Erwärmung zusätzlich gekühlt oder erwärmt werden, je nachdem, ob es der Ansaugleitung oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Denn die Temperatur des in der Ansaugleitung befindlichen Gasgemisches sollte zur Gewährleistung eines optimalen Verbrennungsprozesses innerhalb der Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Bereich liegen. Und auch die Temperatur des in der zweiten Abgasleitung befindlichen Gasgemisches sollte zur Gewährleistung einer günstigen Konvertierung innerhalb der Abgasreinigungseinrichtung oberhalb einer bestimmten Temperaturgrenze liegen. Dabei sind nicht nur die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und des Zuheizsystems, sondern auch äußere Einflüsse zu berücksichtigen.
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Die Einrichtung zur Kühlung oder zur Erwärmung des Abgases des Zuheizsystems sollte stromab der Dosiereinrichtung angeordnet sein, um die bei der Verdichtung innerhalb der Expansions- bzw. Kompressionskammern auftretenden temperaturerhöhenden Effekte zu berücksichtigen.
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Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Zuheizsystem bei einer ersten Betriebsstellung I, und
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2 die Vorrichtung aus 1 bei einer zweiten Betriebsstellung II.
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In 1 und 2 ist in sehr vereinfachter Form ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, welches eine Brennkraftmaschine 2 und ein Zuheizsystem 3 umfasst.
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Das kraftstoffbetriebene Zuheizsystem 3 unterstützt den Betrieb der Brennkraftmaschine 2 und/oder den Komfort für die Fahrgäste des Kraftfahrzeugs 1. Im gezeigten Beispiel ist das Zuheizsystem 3 als ein einfacher Brenner ausgeführt, dessen Abgase etwa bei Atmosphärendruck über eine erste Abgasleitung 4 abgeführt werden.
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Diese Abgase des Zuheizsystems 3 werden der Brennkraftmaschine 2 zugeführt, wobei sowohl eine Zuführung in die Ansaugleitung 5 als auch in die zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 möglich ist. In beiden Fällen erfolgt die Zuführung jedoch stromauf einer der Brennkraftmaschine 2 zugeordneten Abgasreinigungseinrichtung 7, durch welche das Abgas der Brennkraftmaschine 2 sowie das Abgas des Zuheizsystems 3 konvertierbar ist.
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Damit das Abführen des Abgases des Zuheizsystems 3 ungeachtet der Druckverhältnisse in der Ansaugleitung 5 oder der zweiten Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 problemlos erfolgen kann, ist erfindungsgemäß eine Dosiereinrichtung 8 vorgesehen.
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Die Dosiereinrichtung 8 umfasst wenigstens zwei voneinander getrennte Behälter 9a und 9b, die alternierend mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt und von dem Abgas des Zuheizsystems 3 entleert werden. Zur Befüllung der Behälter 9a, 9b, werden diese an die erste Abgasleitung 4 des Zuheizsystems 3 angekoppelt und von der Ansaugleitung 5 und/oder der zweiten Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 abgekoppelt. Und zur Entleerung werden die Behälter 9a, 9b von der ersten Abgasleitung 4 des Zuheizsystems 3 abgekoppelt und an die Ansaugleitung 5 und/oder an die zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 angekoppelt. Zwischen den beiden Behältern 9a, 9b ist ein erstes Umschaltventil 10 vorgesehen, welches die Behälter 9a, 9b in Abhängigkeit von dem Betrieb des Zuheizsystems 3 so ansteuert, dass stets einer der Behälter 9a oder 9b mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllbar ist, während der andere Behälter 9b oder 9a von dem Abgas des Zuheizsystems 3 entleert wird oder für die Entleerung vorbereitet wird. 1 zeigt eine erste Betriebsstellung 1 des Umschaltventils 10, bei welcher der Behälter 9a mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt wird und der Behälter 9b entleert wird. Und 2 zeigt eine zweite Betriebsstellung 11, bei welcher der Behälter 9a entleert wird und der Behälter 9b mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt wird.
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Die Entleerung der Behälter 9a, 9b erfolgt wahlweise in die Ansaugleitung 5 und/oder in die zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2. Zur Realisierung ist dazu stromab der Dosiereinrichtung 8 ein zweites Umschaltventil 11 vorgesehen, welches in 1 und 2 einfach als Klappe ausgebildet ist. Dadurch ist denkbar, dass das Abgas des Zuheizsystems 3 zum Beispiel bei einer eingeschalteten kalten Brennkraftmaschine 2 in die Ansaugleitung 5 abgeführt wird, um die Brennkraftmaschine 2 schneller auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, bei einer ausgeschalteten kalten Brennkraftmaschine 2 in die zweite Abgasleitung 6 abgeführt wird, um die Abgasreinigungseinrichtung 7 vorzuwärmen oder bei einer ausgeschalteten aber noch betriebswarmen Brennkraftmaschine 2 in die zweite Abgasleitung 6 abgeführt wird, um dort direkt von der Abgasreinigungseinrichtung 7 konvertiert zu werden.
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Zum weitgehend gegendruckfreien Aufnehmen bzw. Einsaugen des Abgases des Zuheizsystems in die Behälter 9a, 9b sowie zum nahezu druckneutralen Entleeren bzw. Ausdrücken der Behälter 9a, 9b vom Abgas des Zuheizsystems in die Ansaugleitung 5 oder zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 sind diese Behälter 9a, 9b als Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 ausgeführt, was in 1 und 2 durch einen beweglichen Blasebalg veranschaulicht ist. Dabei ist in 1 die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des Behälters 9a, der gerade mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt wird, in expandierter Form dargestellt und die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des Behälters 9b, der gerade entleert wird, in komprimierter Form dargestellt, während in 2 die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des Behälters 9a, der gerade entleert wird, in komprimierter Form dargestellt ist und die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des Behälters 9b, der gerade mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt wird, in expandierter Form dargestellt ist.
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Das erste Umschaltventil 10, das zweite Umschaltventil 11 und die Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 werden in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 2 und des Zuheizsystems 3 gesteuert, so dass individuell berücksichtigt werden kann, ob die Brennkraftmaschine 2 und das Zuheizsystem 3 zum Beispiel gleichzeitig betrieben werden, ob die Brennkraftmaschine 2 komplett abgekühlt ist oder ob das Zuheizsystem 3 über längere Zeit betrieben wird.
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Stromab des zweiten Umschaltventils 11 ist außerdem eine Einrichtung 13 zur Kühlung oder zur Erwärmung des Abgases des Zuheizsystems 3 vorgesehen. Diese Einrichtung 13 zur Kühlung oder Erwärmung ist ebenfalls in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 2 und des Zuheizsystems 3 sowie gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen steuerbar.
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Wird das Zuheizsystem 3 abgeschaltet, so können die Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 weiterhin angesteuert werden, um sie von dem Abgas zu entleeren und gegebenenfalls noch mit Frischluft zu spülen. Dadurch wird eine durch die Aggressivität des Abgases mögliche Schädigung der Dosiereinrichtung 8 vermieden. Ist das kraftstoffbetriebene Zuheizsystem 3 abgeschaltet, so können die Expansions- und Kompressionskammern 12 in Abhängigkeit von der Temperatur oder der Zeit auch weiterhin gelegentlich entleert bzw. gespült werden, um eventuelle Kraftstoffdämpfe von der Kraftstoffversorgung des Zuheizsystems 3 abzuführen.
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Ist die Brennkraftmaschine 2 eingeschaltet und das Zuheizsystem 3 ausgeschaltet, so lässt sich über das zweite Umschaltventil 11 auf einfache Weise eine Rückführung der Abgase der Brennkraftmaschine 2 realisieren. Dabei kann sich das zweite Umschaltventil 11 in einer Mittelstellung befinden oder getaktet hin- und hergeschaltet werden.
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Damit das Abgas der Brennkraftmaschine 2 nicht unkontrolliert in die Ansaugleitung 5 zurückgeführt werden kann, ist außerdem ein steuerbares Rückschlagventil 14 vorgesehen, welches zwischen dem zweiten Umschaltventil 11 und der zweiten Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 positioniert ist. Dieses Rückschlagventil 14 kann je nach Bedarf eine Abgasrückführung erlauben oder aber unterdrücken.
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Durch die genannten Steuerungen können optimale Ergebnisse bei der Reinigung bzw. bei der Konvertierung des Abgases der Brennkraftmaschine 2 und/oder des Abgases des Zuheizsystems 3 erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Zuheizsystem
- 4
- erste Abgasleitung von 3
- 5
- Ansaugleitung von 2
- 6
- zweite Abgasleitung von 2
- 7
- Abgasreinigungseinrichtung
- 8
- Dosiereinrichtung
- 9a, 9b
- Behälter
- 10
- erstes Umschaltventil
- 11
- zweites Umschaltventil
- 12
- Expansions- bzw. Kompressionskammer
- 13
- Einrichtung zur Kühlung oder Erwärmung
- 14
- Rückschlagventil
- I
- erste Betriebsstellung von 10
- II
- zweite Betriebsstellung von 10
