DE102008057572A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine (2), bestehend zumindest aus einem Abgaskrümmer (3), der gasführend mit einem Abgasstrang (4) verbunden ist, in dem ein von einem Abgas der Brennkraftmaschine (2) durchflutbarer Abgasturbolader (5) angeordnet ist, wobei das Abgas zuerst den Abgaskrümmer (3) und anschließend den Abgasturbolader (5) durchflutet und wobei zwischen dem Abgaskrümmer (3) und dem Abgasturbolader (5) eine Abgasreinigungsanlage (6) in dem Abgasstrang (4) angeordnet ist und wobei ein Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage (6) nur ein Teilströmungsquerschnitt des Abgasstrangs (4) ist und wobei der Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage (6) von einem Schließelement (7) verschließbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden die Haltbarkeit der Abgasreinigungsanlage (6) und die Dynamik der Brennkraftmaschine deutlich verbessert.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 41 39 291 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasturboaufladung bekannt. Das Verfahren dient zum Betreiben der Brennkraftmaschine mit Abgasturboaufladung, bei dem die Abgasturbine zumindest zeitweilig durch zusätzliche Brennstoff- und/oder Verbrennungsluftzufuhr mit einem erhöhten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird, wobei zur Erzielung einer verbesserten Abgasentgiftung und einem schnellen Hochlaufen der Abgasturbine das Abgas stromauf der Turbine katalytisch gezündet wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist einen elektrisch beheizbaren Katalysator auf, der parallel zu einer ersten Abgasleitung stromauf der Abgasturbine angeordnet ist und der mittels eines Absperrventils zeitweilig in den Abgasstrom ein- und abschaltbar ist. - Nachteilig an der bekannten Ausgestaltung sind die relativ geringe Dauerhaltbarkeit der Abgasreinigungsanlage aufgrund der ständigen thermischen Belastung und die schlechte Dynamik der Brennkraftmaschine aufgrund der thermischen Masse des Katalysators vor der Abgasturbine.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die o. g. Nachteile zu vermeiden.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird die Dauerhaltbarkeit der Abgasreinigungsanlage gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht und die Nachteile bezüglich der Dynamik der Brennkraftmaschine werden vollständig eliminiert.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsvariante für eine Stufenaufladung.
- Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 ist eine bedarfsgerechte Anströmung der Hochdruckturbine möglich.
- Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 ist eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand von 3 besonders bevorzugten Ausführungsbeispielen in 3 Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abgasanlage für ein erstes, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, ein erfindungsgemäßes Schließelement ist in der Stellung „geschlossen” dargestellt. -
2 zeigt schematisch ein zweites, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das erfindungsgemäße Schließelement ist in der Stellung „offen” dargestellt. -
3 zeigt schematisch das zweite, besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel anhand einer zweistufig aufgeladenen Brennkraftmaschine. - In den
1 bis3 gelten für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern. -
1 zeigt schematisch eine 6-zylindrige Brennkraftmaschine2 , wobei die 6 Zylinder durch Kreise dargestellt sind. Die Brennkraftmaschine2 weist abgasseitig eine Abgasanlage1 auf, mit einem Abgaskrümmer3 , der in einen Abgasstrang4 mündet. In dem Abgasstrang4 ist eine Abgasreinigungsanlage6 angeordnet, deren Strömungsquerschnitt erfindungsgemäß von einem Schließelement7 verschließbar ist. Das Schließelement7 wird von einem nicht näher bezifferten Stellelement, DDE genannt, angesteuert. Stromab der Abgasreinigungsanlage6 ist eine Turbine eines Abgasturboladers5 in dem Abgasstrang4 angeordnet. Stromab der Turbine des Abgasturboladers5 ist eine zweite Abgasreinigungsanlage11 angeordnet, mit Sensoren20 . Wiederum stromab der zweiten Abgasreinigungsanlage11 ist ein Schalldämpfer12 vorgesehen. - Beim Betrieb der Brennkraftmaschine
2 treibt die Turbine des Abgasturboladers5 einen Verdichter des Abgasturboladers5 an, wodurch Luft in einer Ansaugluftleitung13 angesaugt wird. In der Ansaugluftleitung13 , vordem Verdichter des Abgasturboladers5 , ist ein Ansauggeräuschdämpfer14 vorgesehen. In Strömungsrichtung der Frischluft vor dem Ansauggeräuschdämpfer14 ist ebenfalls ein Sensor20 angeordnet. Die Ansaugluft wird von dem Verdichter in der Ansaugluftleitung13 weiter durch einen Ladeluftkühler15 gefördert, nach dem wiederum ein Sensor20 angeordnet ist. Weiter wird die Luft durch die Ansaugluftleitung13 in einen Ansaugluftsammler16 gefördert, in dem ein weiterer Sensor20 angeordnet ist, wobei die Ansaugluft anschließend vom Ansaugluftsammler16 in die Zylinder gefördert wird. - Zwischen der abgasseitigen Anordnung und der ansaugseitigen Anordnung ist eine Abgasrückführleitung
17 angeordnet, mit einem Abgaskühler18 , an dem ebenfalls ein Sensor20 angeordnet ist. Der Abgaskühler18 weist einen von einem Schaltelement19 verschließbaren Bypass auf. Ein rückgeführter Abgasmassenstrom wird mit einem Abgasrückführventil23 eingestellt. - Obwohl die Sensoren
20 unterschiedlicher Art sind, wird auf diese explizit nicht eingegangen, da sie für die Erfindung nicht relevant und aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind. -
2 zeigt schematisch ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel.2 zeigt schematisch prinzipiell den gleichen Aufbau wie1 , mit dem Unterschied, dass mit dem Schließelement7 der Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage6 offen und der Teilströmungsquerschnitt des Abgasstrangs4 verschlossen ist. Ansonsten gilt das Gleiche wie zu1 Gesagte. -
3 zeigt schematisch das zweite, besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel anhand einer zweistufig aufgeladenen Brennkraftmaschine2 . Im Unterschied zu2 ist, gemäß einer nochmaligen Weiterbildung der Erfindung, in3 in dem Abgasstrang4 nach dem Abgasturbolader5 in Strömungsrichtung des Abgases ein zweiter Abgasturbolader8 angeordnet. Ansaugseitig ist die Ansaugluftleitung13 derart ausgeführt, dass entweder nur der Abgasturbolader5 oder der zweite Abgasturbolader8 oder beide gemeinsam in Betrieb sind. Darüber hinaus weist die Turbine des Abgasturboladers5 einen gemeinsamen Bypass9 für die Abgasreinigungsanlage6 und die Turbine des Abgasturboladers5 auf. Der gemeinsame Bypass9 ist von einem Drosselelement10 verschließbar. Auch die Turbine des zweiten Abgasturbola ders8 weist einen zweiten Bypass21 auf, der von einem zweiten Drosselelement22 verschließbar ist. Ansonsten gilt das Gleiche wie zu den1 und2 Gesagte. - Das Schließelement
7 , das Drosselelement10 , das Schaltelement19 und das zweite Drosselelement22 können durch bekannte Bauelemente, wie Klappen, Drehschieber etc. dargestellt werden. - Maßnahmen zur Anhebung der Abgastemperatur, wie z. B. elektrisch beheizbare Katalysatoren, externe Kraftstoffbrenner, innermotorische Heizmaßnahmen usw., wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, haben alle beim Betrieb einen Kraftstoffmehrverbrauch der Brennkraftmaschine zur Folge. Die hier vorgestellte erfindungsgemäße Lösung bietet folgende Vorteile:
- • Kraftstoffmehrverbrauch/CO2-Emission: Alle bislang untersuchten Lösungsmöglichkeiten verursachen, wie oben dargestellt, einen Kraftstoffmehrverbrauch von zumindest 2% vom aktuellen Entwicklungsstand. Dieser lässt sich durch Einsatz des hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Aufbaus vermeiden.
- • Kosten: Aufgrund der kleinen Abmessungen der zusätzlichen
Bauteile vor dem Abgasturbolader
5 liegen die Kosten für diese Lösung trotz höherer spezifischer Edelmetallbeladung sehr gering und liegen deutlich unter allen, bislang untersuchten Maßnahmen. Ziel ist es, die Mehrkosten durch eine Reduktion der Edelmetallbeladung auf den nachfolgenden katalytischen Bauteilen zu kompensieren, wodurch sich eine kostenneutrale Umsetzung ergibt. - • Package/Gewicht: Aufgrund der Integration des zusätzlichen
Katalysatorelementes (Abgasreinigungsanlage
6 ) vor dem Abgasturbolader5 in bestehende Bauteile, wie Abgaskrümmer3 und/oder in den Ab gasturbolader5 ist diese Lösung in allen Fahrzeug-/Brennkraftmaschinenvarianten packageneutral unterzubringen. Die Gewichtsmehrung ist aufgrund der kleinen Abmessungen sehr gering. Beides ist bei anderen Lösungen, welche zusätzliche Hardware benötigen, nicht der Fall. - • Emissionen: Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen
Abgasanlage
1 können die Kohlenwasserstoff-(HO) und Kohlenmonoxid-(CC)) Emissionen deutlich reduziert werden. Im Neuzustand ist man damit in der Lage, mit ausreichend Sicherheitsabstand die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte zu unterschreiten und die Typprüfung positiv zu bestehen. Über die Laufzeit reduziert man das Risiko, die Emissionsgrenzwerte in sog. „In-Use-Tests” nicht zu bestehen. -
- 1
- Abgasanlage
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Abgaskrümmer
- 4
- Abgasstrang
- 5
- Abgasturbolader
- 6
- Abgasreinigungsanlage
- 7
- Schließelement
- 8
- zweiter Abgasturbolader
- 9
- gemeinsamer Bypass
- 10
- Drosselelement
- 11
- zweite Abgasreinigungsanlage
- 12
- Schalldämpfer
- 13
- Ansaugluftleitung
- 14
- Ansauggeräuschdämpfer
- 15
- Ladeluftkühler
- 16
- Ansaugluftsammler
- 17
- Abgasrückführleitung
- 18
- Abgaskühler
- 19
- Schaltelement
- 20
- Sensor
- 21
- zweiter Bypass
- 22
- zweites Drosselelement
- 23
- Abgasrückführventil
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4139291 A1 [0002]
Claims (5)
- Abgasanlage (
1 ) für eine Brennkraftmaschine (2 ), bestehend zumindest aus einem Abgaskrümmer (3 ), der gasführend mit einem Abgasstrang (4 ) verbunden ist, in dem ein von einem Abgas der Brennkraftmaschine (2 ) durchflutbarer Abgasturbolader (5 ) angeordnet ist, wobei das Abgas zuerst den Abgaskrümmer (3 ) und anschließend den Abgasturbolader (5 ) durchflutet und wobei zwischen dem Abgaskrümmer (3 ) und dem Abgasturbolader (5 ) eine Abgasreinigungsanlage (6 ) in dem Abgasstrang (4 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage (6 ) ein Teilströmungsquerschnitt des Abgasstrangs (4 ) ist und wobei der Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage (6 ) von einem Schließelement (7 ) verschließbar ist. - Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schließelement (
7 ) der Strömungsquerschnitt der Abgasreinigungsanlage (6 ) und der Teilströmungsquerschnitt des Abgasstrangs (4 ) wechselweise verschließbar ist. - Abgasanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Abgasturbolader (
5 ) in dem Abgasstrang (4 ) ein zweiter Abgasturbolader (8 ) angeordnet ist. - Abgasanlage nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (
5 ) und die Abgasreinigungsanlage (6 ) einen gemeinsamen Bypass (9 ) aufweisen, in dem ein Drosselelement (10 ) angeordnet ist. - Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage (
6 ) und/oder die zweite Abgasreinigungsanlage (11 ) einer NOx-Speicherbeschichtung aufweist.
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