-
Die
Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
mit einer Abgasanlage, die mindestens eine, erste Turbine mindestens
eines Turboladers zum Aufladen der Brennkraftmaschine und mindestens
einen, ersten Oxidationskatalysator aufweist.
-
Stand der Technik
-
Verbrennungskraftmaschinen
erreichen ihren maximalen Wirkungsgrad in einem Betrieb mit einem
Luftüberschuss
in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch bei einem Luftverhältnis λ > 1. Dabei ist zur Verringerung
eines Stickoxidgehalts mit Abgas der Brennkraftmaschine ein spezielles
Abgasnachbehandlungssystem erforderlich. Eine Stickoxidreduktion
(NOx-Reduktion) kann nur bei Kraftstoffüberschuss,
das heißt
für λ < 1 oder auf katalytische
Weise mit stöchiometrischen
Gemisch, das heißt
für λ = 1, durchgeführt werden.
Sowohl bei einer Dieselbrennkraftmaschine als auch bei einer Ottobrennkraftmaschine
kommen aus diesem Grund Stickoxidspeicherkatalysatoren zum Einsatz.
Bei diesen Brennkraftmaschinen wird auch eine selektive, katalytische
Reduktion (SCR) verwendet. Ferner ist für eine Nachverbrennung teiloxidierter
oder unverbrannter Kohlenwasserstoffe zusätzlich meist ein Oxidationskatalysator
und zur Partikelreduktion gegebenenfalls ein Partikelfilter erforderlich.
-
Ein
Stickoxidspeicherkatalysator speichert Stickoxide während eines
mageren Betriebs, das heißt
für λ > 1, ein und wird regelmäßig bei
Vorhandensein eines Kraftstoffüberschusses
regeneriert, um stets eine ausreichende Speicherkapazität zu gewährleisten.
Bei dem Regenerieren werden Stickoxide freigesetzt, welche mit unverbranntem
Kraftstoff oder Kohlenmonoxid zu Stickstoff, Kohlendioxid und/oder
Wasser reagiert. Bei einem Überschreiten der
Speicherkapazität
wür den
Stickoxide den Stickoxidspeicherkatalysator passieren und vom Fahrzeug als
Schadstoffe ausgestoßen
werden. Die Stickoxidspeicherkatalysatoren arbeiten in einem Temperaturbereich
der Abgase von cirka 250 bis 500°C.
Dadurch, dass motorische Wirkungsgrade immer weiter verbessert und
damit Temperaturen des Abgases immer weiter gesenkt werden, ist
eine Niedertemperaturaktivität
der Stickoxidspeicherkatalysatoren sehr relevant.
-
Wird
ein Kraftfahrzeug mit schwefelhaltigem Kraftstoff betrieben, so
können
sich im Stickoxidspeicherkatalysator Sulfate bilden und einlagern,
was zu einem Verlust von Speicherfähigkeit im Stickoxidkatalysator
führt.
Zur Sicherstellung der Speicherfähigkeit
muss der Stickoxidspeicherkatalysator gelegentlich desulfatiert
werden. Zu diesem Zweck müssen Temperaturen
des Abgases von mindestens 650°C im
Stickoxidspeicherkatalysator vorliegen.
-
Eine
Entstickung von Abgas mittels eines Systems auf Basis selektiver
katalytischer Reduktion erfordert die Zugabe von Ammoniak (NH3) oder Vorläufersubstanzen zur Bildung
von Ammoniak, welche in das Abgas eingebracht werden. Im katalytischen Reduktionskatalysator
(SCR-Katalysator) reagiert das Ammoniak über unterschiedliche Reaktionswege mit
den Stickoxiden. Dabei kann es zur Standardreaktion mit Stickstoffmonoxid
und Sauerstoff, einer langsamen Reaktion mit Stickstoffdioxid oder
zur schnellen Reaktion mit Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid
kommen. Derartige SCR-Katalysatoren arbeiten allgemein in einem
Temperaturbereich von cirka 230 bis 450°C. Speziell Stickstoffdioxid
kann auch bei Temperaturen unterhalb von 230°C umgesetzt werden. Wird dem
SCR-Katalysator
ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, erhöhen sich ein Stickstoffdioxidanteil
an einem Eintritt des SCR-Katalysators, wodurch eine Niedertemperaturaktivität des SCR-Katalysators
erhöht
wird.
-
Grundlegend
werden die Effektivitäten
der genannten Entstickungsverfahren von der Temperatur des Abgases
beeinflusst. Insbesondere während einer
Warmlaufphase der Brennkraftmaschine nach einem Kaltstart muss eine
Denitrifikationsvorrichtung (DeNOx-System)
ebenso wie der Oxidationskatalysator, schnell auf eine Betriebstemperatur
gebracht werden, damit in einem kurzen Fahrzyklus, wie beispielsweise
einem kurzen Zertifizierungsfahrzykius (neuer europäischer Fahrzyklus
NEFZ) hinreichende Gesamtkonvertierungsphasen zur Entstickung erreicht
werden.
-
Die
Temperatur des Abgases an der Denitrifikationsvorrichtung hängt hauptsächlich vom
Typ der Brennkraftmaschine und von einer konstruktiven Ausführung der
Abgasanlage ab. Aufladesysteme, wie zweistufige Turbolader, ermöglichen
hohe spezifische Motorleistungen von Brennkraftmaschinen, entziehen
aber dem Abgas in der Regel mehr Wärme als beispielsweise ein
einstufiger Turbolader. Dadurch reduziert sich einerseits der für eine Aufheizung
des Abgasnachbehandlungssystems erforderliche Wärmestrom in der Warmlaufphase,
andererseits sinken die Eingangstemperaturen für die Abgasnachbehandlung.
-
Es
wird eine Vorrichtung benötigt,
welche eine Erhöhung
von Abgastemperaturen bei der Abgasnachbehandlung und damit eine
Verbesserung von Schadstoffkonvertierungsraten erreicht.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der erste Oxidationskatalysator strömungstechnisch vor der Turbine
angeordnet ist und dass die Abgasanlage mindestens eine Denitrifikationsvorrichtung
aufweist, die strömungstechnisch
nach dem ersten Oxidationskatalysator angeordnet ist. Durch diese
Anordnung des Oxidationskatalysators wird erreicht, dass dieser
nahe der Brennräume – Zylinder – der Brennkraftmaschine
angeordnet wird und mit Abgas beaufschlagt wird, welches eine hohe
Abgastemperatur aufweist, wodurch der Oxidationskatalysator sehr
schnell auf seine Betriebstemperatur erwärmt wird. Somit wird erreicht,
dass eine Abgasnachbehandlung durch den Oxidationskatalysator sehr schnell
effektiv durchgeführt
wird und auch bei niedriger Last- und/oder Drehzahl der Brennkraftmaschine
und/oder trotz hoher Motorwirkungsgrade sehr schnell wirksam wird.
Die Anwendung der Denitrifikationsvorrichtung (DeNOx-System) in
der Abgasanlage führt
dazu, dass Stickstoffoxide im Abgas durch Entstickung verringert
werden. Die Anwendung des ersten Oxidationskatalysators vor der
Denitrifikationsvorrichtung führt
weiter zu dem Vorteil, dass eine Stickstoffdioxidkonzentration innerhalb
des Abgases zu der Denitrifikationsvorrichtung hin erhöht wird, was
eine Denitrifikation während
eines Teillastbetriebs der Brennkraftmaschine verbessert.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Denitrifikationsvorrichtung strömungstechnisch
vor oder nach der Turbine angeordnet ist. Die Turbine wirkt aufgrund
ihrer Masse als Wärmesenke,
welche die Abgastemperatur verringert. Dies ist insbesondere im
Instationärbetrieb
der Brennkraftmaschine der Fall. Durch eine Anordnung der Denitrifikationsvorrichtung
vor der Turbine wird erreicht, dass die Denitrifikationsvorrichtung
in gleicher Weise wie der erste Oxidationskatalysator mit einer
hohen Abgastemperatur beaufschlagt wird und dadurch sehr schnell
seine Betriebstemperatur erreicht, wodurch Emissionen der Brennkraftmaschine schnell
effektiv verringert werden können.
Weiter wird eine Harnstoffverdampfung zur Ammoniakgenerierung in
der Denitrifikationsvorrichtung durch höhere Abgastemperaturen verbessert
(beispielsweise eine Ad Blue-Verdampfung).
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der Denitrifikationsvorrichtung
zwischen dem ersten Oxidationskatalysator und der Turbine, da die
Denitrifikationsvorrichtung bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine
früher
seine Betriebstemperatur erreicht und auch in einem Betrieb der
Brennkraftmaschine bei geringen Lasten eine sehr gute Abgasnachbehandlung
erfolgt. Eine Anordnung der Denitrifikationsvorrichtung nach der
Turbine führt
dazu, dass die Denitrifikationsvorrichtung langsamer erwärmt wird
und somit eine Alterung der Denitrifikationsvorrichtung entgegengewirkt
wird.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter Oxidationskatalysator
vorgesehen. Der zweite Oxidationskatalysator ist vorzugsweise nach dem
ersten Oxidationskatalysator angeordnet und führt zu einer besonders guten
Abgasnachbehandlung, welche sich durch geringe Emissionen bei Abgabe
des Abgases auszeichnet. In Abhängigkeit
der Ausführung
des ersten Oxidationskatalysators, das heißt in Abhängigkeit dessen Abmessungen,
Zelldichte und/oder Art der Edelmetallbeschichtung, ist der zweite
Oxidationskatalysator erforderlich, um möglichst eine vollständige Kohlenwasserstoff-Kohlen
monoxidoxidation zu erreichen.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite
Oxidationskatalysator strömungstechnisch
nach der Turbine angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung wird
der zweite Oxidationskatalysator vor schneller Alterung geschützt.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite
Oxidationskatalysator strömungstechnisch
vor oder nach der Denitrifikationsvorrichtung angeordnet ist. Vorteilhaft
ist insbesondere die Anordnung nach der Denitrifikationsvorrichtung,
da ein möglicher
Ammoniakschlupf, das heißt
Ammoniak, welches aus der Denitrifikationsvorrichtung austritt,
am zweiten Oxidationskatalysator umgesetzt werden kann.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste
und/oder zweite Oxidationskatalysator ein Drei-Wege-Katalysator
ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die sonst mager betriebene
Brennkraftmaschine mit einem höheren Kraftstoffgehalt,
stöchiometrisch,
betrieben wird. Dieser stöchiometrische
Betrieb zeichnet sich durch ein Luftverhältnis λ = 1 aus. In diesem Fall führt die
Verwendung des Drei-Wege-Katalysators zu einer Abgasnachbehandlung,
die sowohl Stickoxide als auch Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid
umsetzen kann.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasanlage
einen Partikelfilter aufweist, der – strömungstechnisch gesehen – als letztes
Bauglied innerhalb der Abgasanlage angeordnet ist. Unter Baugliedern
werden im Zuge dieser Anmeldung Partikelfilter, Denitrifikationsvorrichtungen, Oxidationskatalysatoren
und Turbinen verstanden. Bauglieder bezeichnen nicht abgasleitende
Systeme wie Abgasrohre und Abgastöpfe. Die Verwendung des Partikelfilters
ist vorzugsweise bei Dieselbrennkraftmaschinen vorgesehen.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Bypass vorgesehen. Der
Bypass ermöglicht,
Abgas an mindestens einem der Bauglieder vorbeizuleiten. Dies führt dazu,
dass die entsprechenden Bauglieder weniger belastet werden und somit
eine Alterung der Bauglieder verhindert wird. Ferner kann durch
den Bypass an den umgangenen Baugliedern ein Druck innerhalb der
Abgasanlage vermindert werden.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass
strömungstechnisch parallel
zu dem ersten Oxidationskatalysator geschaltet wird. Somit wird
erreicht, dass der erste Oxidationskatalysator mit einer geringeren
Menge an Abgas beaufschlagt wird, wodurch sich die vorstehend beschriebenen
Vorteile ergeben.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass
strömungstechnisch parallel
zur Reihenschaltung von Oxidationskatalysator und Denitrifikationsvorrichtung
geschaltet ist. Somit wird erreicht, dass der Oxidationskatalysator,
und die Denitrifikationsvorrichtung mit weniger Abgas beaufschlagt
werden, wodurch sich die vorstehend beschriebenen Vorteile ergeben.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass
ein steuerbares Ventil aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass die
Menge des vorbeigeleiteten Abgases gesteuert werden kann. Das steuerbare
Ventil ist vorzugweise derart gestaltet, dass es in Abhängigkeit
des Bedarfs zumindest teilweise geöffnet und auch wieder teilweise geschlossen
werden kann. Durch die Steuerung des Ventils, vorzugsweise durch
eine Regelung des von dem Ventil gesteuerten Abgasstroms, mittels
des Ventils wird ermöglicht,
Druckverluste im Abgassystem bei einer Nennleistung und/oder eine
Temperaturbelastung der Bauglieder gering zu halten. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn der Partikelfilter vorliegt und dieser regeneriert
werden soll. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Alterung der
Bauglieder weiter verringert wird und damit ein Bauteilschutz für die Bauglieder
vorliegt. Es ist insbesondere vorgesehen, den Bypass bei einem Volllastbetrieb
der Brennkraftmaschine vollständig
zu öffnen,
um die Alterung der Bauglieder zu verhindern und den Bauteilschutz zu
bewirken.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Turbolader
ein zweistufiger Turbolader mit der ersten Turbine und einer zweiten Turbine
ist. Durch die Verwendung des zweistufigen Turboladers wird dem
Abgas in der zweiten Turbine zusätzlich
Wärme entzogen,
wodurch die Abgastemperatur weiter sinkt. Daher ist eine Anordnung
des Oxidationskatalysators und vorzugsweise auch der Denitrifikationsvorrichtung
vor der Turbine besonders sinnvoll. Auf diese Weise können sie
weiterhin sehr schnell auf eine Betriebstemperatur gebracht werden,
wodurch sich die vorstehend beschriebenen Vorteile ergeben.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite
Turbine der ersten Turbine strömungstechnisch
nachgeschaltet ist.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste
Turbine eine Hochdruckturbine und die zweite Turbine eine Niederdruckturbine
ist.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Bypass
strömungstechnisch parallel
zur Reihenschaltung von Oxidationskatalysator, Denitrifikationsvorrichtung
und der ersten Turbine geschaltet ist. Auf diese Weise wird erreicht,
dass bei Bedarf Abgas mit hoher Abgastemperatur an die der Turbine
nachgeschalteten Bauglieder weitergeleitet werden kann und gleichzeitig
zumindest ein Teil der Leistung des Turboladers aufrechterhalten
wird. Dieses Vorgehen ist insbesondere für eine Regeneration des Partikelfilters
von Vorteil. Wenn es vorgesehen ist, dass die Denitrifikationsvorrichtung
strömungstechnisch
nach der Hochdruckturbine und hinter der Bypassleitung angeordnet
ist, kann durch Veränderung
der Abgasströmung
innerhalb des Bypasses ein Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxid-Verhältnis gesteuert
und/oder geregelt werden. Wird die Denitrifikationsvorrichtung strömungstechnisch
parallel zum Bypass angeordnet, kann zum Beispiel die Regeneration
des Partikelfilters ohne unerwünschten
Temperaturabfall an der Denitrifikationsvorrichtung erfolgen.
-
Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs, insbesondere gemäß der vorhergehenden Beschreibung,
mit einer Abgasanlage zum Führen
von Abgas, die mindestens eine erste Turbine mindestens eines Turboladers
zum Aufladen der Brennkraftmaschine und mindestens einen ersten Oxidationskatalysator
aufweist, wobei das Abgas erst den Oxidationskatalysator und dann
die erste Turbine und eine Denitrifikationsvorrichtung durchströmt. Durch
das Durchströmen
des Oxidationskatalysators vor der Turbine und der Denitrifikationsvorrichtung
wird erreicht, dass der Oxidationskatalysator sehr schnell auf eine
Betriebstemperatur gebracht wird, da die Abgastemperatur vor der
Turbine und der Denitrifikationsvorrichtung höher ist als nach der Turbine
und der Denitrifikationsvorrichtung. Dies führt zu einer sehr guten Abgasnachbehandlung,
dadurch, dass der Oxidationskatalysator sehr schnell nach Inbetriebnahme,
wie beispielsweise Starten der Brennkraftmaschine, Emissionen wirksam
nachbehandeln kann.
-
Nach
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen,
dass bei hoher Last, insbesondere Volllast der Brennkraftmaschine, zumindest
ein Anteil des Abgases der Brennkraftmaschine zumindest am Oxidationskatalysator
oder am Oxidationskatalysator und an der Denitrifikationsvorrichtung
oder am Oxidationskatalysator, einer Denitrifikationsvorrichtung
und an der ersten Turbine vorbeigeleitet wird. Durch das Vorbeileiten
des Abgases an den Baugliedern wird erreicht, dass die Bauglieder vor
der Alterung und zu hoher Beanspruchung geschützt werden. In Abhängigkeit
davon, an welchen Baugliedern das Abgas vorbeigeleitet wird, können nachgeschaltete
Bauglieder mit hohen Abgastemperaturen beaufschlagt werden, um beispielsweise
Regenerationen durchzuführen,
ohne die Bauglieder zu belasten.
-
Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch mindestens
teilweises Vorbeileiten des Abgases eine Stickstoffoxidkonvertierung
in der Denitrifikationsvorrichtung, ein Stickstoffdioxid- zu Stickstoffmonoxidverhältnis in
der Denitrifikationsvorrichtung, eine Temperatur der Denitrifikationsvorrichtung
und/oder eine Temperatur des Oxidationskatalysators geregelt wird/werden.
Die Möglichkeit,
welche der genannten Größen geregelt
wird, ist abhängig
davon, an welchen Baugliedern der Abgasanlage das Abgas vorbeigeleitet
wird. Ferner ist für eine
Regelung eine entsprechende Sensierung notwendig und die Regelung
kann in vorteilhafter Weise von einem Steuergerät, insbesondere Motorsteuergerät, durchgeführt werden.
-
Die
Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen,
und zwar zeigt:
-
1 eine
Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage in einer ersten Ausführungsform,
-
2 eine
Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage in einer zweiten Ausführungsform,
und
-
3 eine
Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage in einer dritten Ausführungsform.
-
Die 1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs
mit einer Abgasanlage 2 in einer ersten Ausführungsform 3,
die einen Turbolader 4 mit einer Turbine 5 aufweist.
Ferner besitzt die Brennkraftmaschine 1 eine Luftansauganlage 6.
Die Luftansauganlage 6 weist einen Luftansaugstutzen 7 auf,
welcher über
eine Rohrleitung 8 Luft zu einem ersten Verdichter 9 des
Turboladers 4 führt,
wobei der Verdichter 9 über
eine Welle 9' mit
der Turbine 5 verbunden ist. Die Luft wird weiter über eine
Rohrleitung 10 in Luftkanäle 11 gebracht. Die
Luftkanäle 11 führen zu
Zylindern 12 der Brennkraftmaschine 1, aus denen
Abgas in die Abgaskrümmer 13 und
damit in die Abgasanlage 2 geleitet wird. Ausgehend von
den Krümmern 13 verläuft zusätzlich eine
Abgasrückführung 14,
welche Abgas aus den Abgaskrümmern 13 über eine
Rohrleitung 15 zu einem Kühlelement 16 und weiter über eine
Rohrleitung 17 an ein Rückführventil 18 führt. Nach
dem Rückführventil 18 wird
rückgeführtes Abgas über eine
Rohrleitung 19 in die Rohrleitung 10 gebracht. Die
Abgasrückführung 14 dient
dazu, Abgas in die Luft der Rohrleitung 10 einzuleiten,
um den Verbrennungsablauf zu beeinflussen und damit die Stickoxidemissionen
zu senken. Ausgehend von den Abgaskrümmern 13 verläuft eine
Rohrleitung 20 zu einem ersten Oxidationskatalysator 21.
Von dem ersten Oxidationskatalysator 21 verläuft eine
Rohrleitung 22 zu einer Denitrifikationseinrichtung 23,
welche über eine
Rohrleitung 24 mit der Turbine 5 strömungstechnisch
verbunden ist. Über
eine Rohrleitung 25 wird das Abgas aus der Turbine 5 zu
einem zweiten Oxidationskatalysator 26 geleitet, welcher über eine
weitere Rohrleitung 27 mit einem Partikelfilter 28 verbunden
ist. Der Partikelfilter 28 führt das Abgas über eine Rohrleitung 29 und
einen Abgasauslass 30 ab. An der Rohrleitung 20 beginnt
ein Bypass 31, welcher in der Rohrleitung 24 mündet. Der
Bypass 31 weist ein steuerbares Ventil 32 auf,
welches eine durch den Bypass 31 geführte Abgasmenge ändern kann.
Als Bauglieder 33 werden hier der erste Oxidationskatalysator 21,
die Denitrifikationseinrichtung 23, die erste Turbine 5,
der zweite Oxidationskatalysator 26 sowie der Partikelfilter 28 betrachtet.
-
Die
in der 1 dargestellte erste Ausführungsform 3 der Abgasanlage 2 ermöglicht es,
zumindest teilweise das Abgas an dem ersten Oxidationskatalysator 21 und
der Denitrifikationseinrichtung 23 über den Bypass 31 vorbeizuleiten.
Dies ermöglicht,
dass der Partikelfilter 28 mit sehr hohen Abgastemperaturen
beaufschlagt werden kann, ohne dass der erste Oxidationskatalysator 21 sowie
die Denitrifikationseinrichtung 23 unnötig erhitzt werden. Somit wird
eine Alterung des ersten Oxidationskatalysators 21 sowie
der Denitrifikationseinrichtung 23 verhindert. Es ist vorgesehen,
dass in einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 1 das
Ventil 32 vollständig geöffnet wird,
sodass möglichst
viel Abgas an dem ersten Oxidationskatalysator 21 und an
der Denitrifikationsvorrichtung 23 vorbeigeleitet wird,
um einen Bauteilschutz zu erwirken, indem eine unnötige Alterung
der betreffenden Bauglieder 33 vermieden wird. In der dargestellten
An ordnung ergibt es sich, dass das Abgas motornah, das heißt in der
Nähe der
Zylinder 12 mit einer hohen Abgastemperatur in den ersten
Oxidationskatalysator 21 eintritt und diesen sehr schnell
auf seine Betriebstemperatur erwärmt. Mit
der verbleibenden, nach dem ersten Oxidationskatalysator 21 vorliegenden
Abgastemperatur wird anschließend
die Denitrifikationsvorrichtung 23 schnell auf ihre Betriebstemperatur
erwärmt.
Somit wird erreicht, dass die beiden betreffenden Bauglieder 33 sehr
schnell nach einem Start der Brennkraftmaschine 1 in Betrieb
genommen werden und eine optimale Abgasnachbehandlung durchführen.
-
Die 2 zeigt
die Brennkraftmaschine 1 der 1 mit all
ihren Merkmalen. Die 2 unterscheidet sich von der 1 dadurch,
dass die Abgasanlage 2 in einer zweiten Ausführungsform 34 vorliegt.
In der zweiten Ausführungsform 34 der
Abgasanlage 2 ist die Denitrifikationsvorrichtung 23 strömungstechnisch
nach der Turbine 5 angeordnet. Somit ergibt sich, dass
der erste Oxidationskatalysator 21 direkt mit der Rohrleitung 24 verbunden
ist, wohingegen die Rohrleitung 25 in die Denitrifikationsvorrichtung 23 führt, welche über eine
zusätzliche Rohrleitung 35 mit
dem zweiten Oxidationskatalysator 26 verbunden ist. Die
Rohrleitung 22 entfällt
gegenüber
der 1 vollständig.
In der dargestellten zweiten Ausführungsform 34 der
Abgasanlage 2 verläuft
der Bypass 31 ebenfalls von der Rohrleitung 20 zu
der Rohrleitung 24, wodurch das Abgas an dem ersten Oxidationskatalysator 21 vorbeigeleitet
wird. Die Menge des vorbeigeleiteten Abgases wird über das
Ventil 32 gesteuert oder geregelt.
-
Aufgrund
der zweiten Ausführungsform 34 der
Abgasanlage 2 ergeben sich die bereits genannten Vorteile
bezüglich
schneller Erwärmung
sowie der Bauteilschutz vor Alterung für den Oxidationskatalysator 21.
Zusätzlich
kann ein Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxidverhältnis im
Abgas geregelt werden kann, indem, möglichst stufenlos, Abgas über den
Bypass 31 an dem Oxidationskatalysator 21 vorbeigeleitet
wird. Auf diese Weise ist es möglich,
eine Stickstoffoxid-Konvertierung
(NOx-Konvertierung) in der Denitrifikationsvorrichtung 23 zu
optimieren.
-
Die 3 zeigt
die Brennkraftmaschine 1 mit der Abgasanlage 2 in
einer dritten Ausführungsform 35.
Die Brennkraftmaschine 1 in 3 weist
sämtliche
Merkmale der 1 auf. Im Unterschied zu 1 weist
der Turbolader 4 die erste Turbine 5 sowie eine
zweite Turbine 36 auf. Die erste Turbine 5 ist als
Hoch druckturbine 37 ausgebildet, wohingegen die zweite
Turbine 36 als Niederdruckturbine 38 ausgebildet
ist. Weitere Unterschiede ergeben sich wie folgt. Die Rohrleitung 8 verläuft zu einem
Verdichter 39 der zweiten Turbine 36, welche verdichtete
Luft über
eine Rohrleitung 40 zum Verdichter 9 des Turboladers 4 führt. Somit
ist der Turbolader 4 als zweistufiger Turbolader 40 ausgebildet.
Der Verdichter 9 ist über
die Welle 9' mit
der Turbine 5 wirkverbunden und der Verdichter 39 ist über eine
Welle 43 mit der Turbine 36 verbunden. Die dritte
Ausführungsform 35 der
Abgasanlage 2 beginnt mit den Abgaskrümmern 13 und verläuft über die
Rohrleitung 20 zu dem ersten Oxidationskatalysator 21 und
weiter über
die Rohrleitung 22 zu der Denitrifikationsvorrichtung 23. Von
der Denitrifikationsvorrichtung 23 verläuft eine Rohrleitung 44,
welche zur ersten Turbine 5 führt. Die erste Turbine 5 ist über eine
Rohrleitung 45 mit der zweiten Turbine 36 verbunden,
woran sich die Rohrleitung 25 anschließt. Der weitere Verlauf der
dritten Ausführungsform 35 der
Abgasanlage 2 bis zum Abgasauslass 30 entspricht
dem der 1. Der Bypass 31 beginnt
in der Rohrleitung 20 und mündet in die Rohrleitung 45,
sodass das Abgas um den Oxidationskatalysator 21, die Denitrifikationseinrichtung 43 und
die erste Turbine 5 herumgeleitet werden kann. Über das
Ventil 32 besteht die Möglichkeit,
die Abgasmenge, welche vorbeigeleitet werden soll, zu stellen.
-
Die
dargestellte dritte Ausführungsform 35 der
Abgasanalge 2 ermöglicht
es, zu den bereits genannten Vorteilen bezüglich schnellem Erreichen der Betriebstemperaturen
und dem Bauteilschutz vor Alterung zusätzlich die erste Turbine 5,
die Hochdruckturbine 37, zu umgehen. Dies ist vorteilhaft,
wenn hohe Lasten an der Brennkraftmaschine 1 vorliegen, sodass
die Hochdruckturbine 5 des Turboladers 4 nach
Möglichkeit
geschont werden kann. Die Ausführungsform 35 erlaubt
es, den Partikelfilter 28 mit hohen Abgastemperaturen für eine Regeneration
zu beaufschlagen, ohne dass die Denitrifikationsvorrichtung 23 thermischen
Belastungen ausgesetzt werden.
-
In
einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Abgasanlage 2 ist
es denkbar, ausgehend von der Ausführungsform 35 die
Denitrifikationsvorrichtung 23 nach der ersten Turbine 5 und nach
dem Bypass 31 anzuordnen. Diese Ausführungsform ermöglicht es,
das Stickstoffdioxid zu Stickstoffmonoxidverhältnis über das Ventil 32 zu steuern
oder zu regeln.
-
Ferner
ist in allen Ausführungsformen 3, 24 und 35 denkbar,
dass die Oxidationskatalysatoren 21 und/oder 26 als
Drei-Wege-Katalysatoren ausgebildet sind. Dies ist dann vorteilhaft,
wenn die Brennkraftmaschine 1 zumindest zeitweilig in einem
stöchiometrischen
Betrieb mit einem Luftverhältnis λ = 1 betrieben
wird.