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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen eines Abgasnachbehandlungselements im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug mit einem im Abgassystem angeordneten Abgasnachbehandlungselement.
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Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann. Ferner wird angestrebt, die Katalysatoren im Abgaskanal des Verbrennungsmotors nach einem Kaltstart möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen, um möglichst schnell eine hohe Konvertierungsrate für schädliche Abgaskomponenten zu erreichen.
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Der Kraftstoff für den Betrieb des Verbrennungsmotors wird in einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges gelagert. Anhängig von der Umgebungstemperatur, der Temperatur des Kraftstoffs im Tank, der freien Flüssigkeitsoberfläche und weiteren Einflussfaktoren kommt es zu einer Verdunstung des Kraftstoffes, insbesondere von sogenannten leicht flüchtigen, niedermolekularen Kohlenwasserstoffen. Die Kraftstoffdämpfe werden üblicherweise in einem Aktivkohlefilter des Tanksystems aufgefangen, der in einer Einfüllleitung des Kraftstofftanks angeordnet ist. Da die Aufnahmekapazität von Aktivkohlefiltern begrenzt ist, muss dieser Aktivkohlefilter von Zeit zu Zeit regeneriert werden und die darin zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe ausgespült werden. Dabei sollen diese Kohlenwasserstoffe nicht unkontrolliert als Schadstoffemissionen in die Umgebung entweichen. Dazu wird der Aktivkohlefilter mit einem Luftstrom gespült, welcher dem Verbrennungsmotor zugeführt ist, um die aus dem Aktivkohlefilter ausgespülten Kohlenwasserstoffe in den Brennräumen des Verbrennungsmotors umzusetzen.
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Aus der
DE 41 34 199 C2 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors der Spülluftstrom mit den aus dem Aktivkohlefilter ausgespülten Kohlenwasserstoffen wahlweise der Verbrennungsluft des Verbrennungsmotors oder der Abgasanlage, insbesondere einer Sekundärluftleitung der Abgasanlage, des Kraftfahrzeuges zugeführt wird, um die Kohlenwasserstoffe exotherm auf dem Drei-Wege-Katalysator umzusetzen.
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Ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters im Abgaskanal eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Ottomotors, ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 220 899 A1 bekannt.
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Dabei ist eine Lambda-Regelung für den Ottomotor vorgesehen, wobei das Verbrennungsluftverhältnis zur Regeneration des Partikelfilters ausgehend von einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis in Richtung eines überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnisses verstellt wird, und mit dem Sauerstoffüberschuss eine Regeneration des Partikelfilters durch ein Oxidieren des Rußes erreicht wird.
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Nachteilig an den bekannten Heizmaßnahmen ist jedoch, dass bei den bekannten Verfahren zum Aufheizen des Partikelfilters auf eine Regenerationstemperatur und die damit verbundenen innermotorischen Maßnahmen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und/oder Komforteinbußen im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges führen. Zudem sind gerade bei Abgasnachbehandlungskomponenten in einer Unterbodenlage des Kraftfahrzeugs innermotorische Heizmaßnahmen nur bedingt geeignet, da hier zunächst eine lange Abgasstrecke vom Auslass des Verbrennungsmotors bis zur Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage inklusive Turbolader aufgeheizt werden muss, was zu einem dazu führen kann, dass die innermotorischen Maßnahmen für eine Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage unzureichend sind oder dass motornahe Abgasnachbehandlungskomponenten vorzeitig thermisch altern, wenn die Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage aufgeheizt werden soll. Zudem führt die Aufheizung einer Abgasnachbehandlungskomponente durch innermotorische Maßnahmen zu einem schlechten Verbrennungswirkungsgrad und somit zu einem höheren Kraftstoffverbrauch und auch höheren Schadstoffemissionen.
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Sekundärluftsysteme sind durch zusätzliche Bauteile wie Sekundärluftpumpe, Leitungen, Mischer, Ventile vergleichsweise teuer und führen somit zu einer Kostenerhöhung für die Herstellung des Kraftfahrzeuges.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Aufheizung eines Abgasnachbehandlungselements zu ermöglichen und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufheizen eines Abgasnachbehandlungselements in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeuges gelöst, wobei das Kraftfahrzeug einen mit einem Kraftstoff betreibbaren Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse, einen Abgaskanal, in welchem zumindest ein Abgasnachbehandlungselement angeordnet ist, sowie eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung aufweist, welche das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors mit dem Abgaskanal verbindet, wobei zum Aufheizen des Abgasnachbehandlungselements, insbesondere eines Katalysators oder eines Partikelfilters, unverbrannte oder teilverbrannte Bestandteile des Kraftstoffs aus dem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors über die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung dem Abgaskanal stromaufwärts des Abgasnachbehandlungselements zugeführt werden. Durch die unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteile, insbesondere von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, wird dem Abgaskanal ein energiereiches Brennstoffgemisch zugeführt, welches im Abgaskanal exotherm umgesetzt werden kann und somit zu einer Erhöhung der Temperatur eines stromabwärts einer Einleitstelle der unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteile angeordneten Abgasnachbehandlungselements dient. Somit können insbesondere Abgasnachbehandlungskomponenten aufgeheizt werden, welche einen größeren Abstand von einem Auslass des Verbrennungsmotors aufweisen und somit durch innermotorische Maßnahmen schwieriger aufzuheizen sind. Zudem können die unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteile stromabwärts einer Lambdasonde im Abgaskanal zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses zugeführt werden, sodass die unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteile die Lambdaregelung des Verbrennungsmotors nicht beeinflussen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Verfahrens zum Aufheizen eines Abgasnachbehandlungselements im Abgaskanal eines Kraftfahrzeuges möglich.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die unverbrannten oder teilverbrannten Bestandteile des Kraftstoffs aus dem Kurbelgehäuse mit in einem Sorptionsmittel zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfen eines Kraftstoffversorgungssystems vermischt werden, bevor sie dem Abgaskanal zugeführt werden. Zum einen kann auf diese Weise die Menge der dem Abgaskanal zugeführten unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoffbestandteile erhöht werden, zum anderen kann die Temperatur der Kraftstoffdämpfe aus dem Sorptionsmittel durch die Beimischung von Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse erhöht werden, wodurch eine schnellere exotherme Umsetzung dieser Kraftstoffbestandteile im Abgaskanal möglich ist. Zusätzlich kann über das Sorptionsmittel beziehungsweise eine Leitung, welche den Sorptionsmittelbehälter des Kraftstoffversorgungssystems mit dem Abgaskanal verbindet, auch zusätzliche Luft zur Umsetzung der unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteile in den Abgaskanal eingebracht werden, um die exotherme Umsetzung dieser Kraftstoffbestandteile zu begünstigen. Damit wird zusätzlich ein Problem gelöst, welches sich bei einer konventionellen Regeneration des Sorptionsmittels ergibt, bei dem der im Sorptionsmittel zurückgehaltene Kraftstoff der Ansaugstrecke des Verbrennungsmotors zugeführt wird. Wird der Kraftstoff der Ansaugstrecke zugeführt, so kann dieser im Ansaugtrakt verkoken. Ferner stört über die Ansaugstrecke zugeführter Kraftstoff aus dem Sorptionsmittel die Lambdaregelung des Verbrennungsmotors, da das Sorptionsmittel nur diskontinuierlich und in größeren zeitlichen Abständen regeneriert wird. Zudem kann das Gemisch in Abhängigkeit der zugeführten Tankentlüftungsrate stark schwanken. Durch die Beimischung von Blow-By-Gasen kann eine kontinuierliche Aufheizung durchgeführt werden, das heißt, die Aufheizung ist nicht auf die im Sorptionsmittelbehälter zurückgehaltene Menge an unverbranntem Kraftstoff begrenzt. Bei kalten Umgebungstemperaturen können zudem durch die Tankentlüftung nicht genug ausdampfende Kraftstoffkomponenten zur Verfügung gestellt werden, um beispielsweise einen Partikelfilter auf eine Regenerationstemperatur aufzuheizen. Durch die Blow-By-Gase aus dem Kurbelgehäuse, welche unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoff und gegebenenfalls geringe Mengen an Öl enthalten, wird ein kontinuierlicher Massenstrom mit einem hohen Heizwert dem Abgaskanal zugeführt, wobei die Blow-By-Gase bereits unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors zur Verfügung stehen.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn eine Umgebungstemperatur ermittelt wird und die in dem Sorptionsmittel zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfe nur dann in den Abgaskanal eingeleitet werden, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur liegt. Die Verdampfung der flüchtigen Komponenten des Kraftstoffes, welche im Sorptionsmittel zurückgehalten werden, ist stark temperaturabhängig. Die Regeneration des Sorptionsmittels, also das Austreiben der im Sorptionsmittel zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfe, ist ebenfalls stark temperaturabhängig. Unterhalb einer Schwellentemperatur verdampft nur wenig Kraftstoff, sodass die Menge kaum hinreichend für eine Aufheizung eines Abgasnachbehandlungselements ist. Zudem lässt sich diese (geringe) Menge an Kraftstoff nur vergleichsweise schwer aus dem Sorptionsmittel wieder entfernen. Daher ist es sinnvoll, eine Beimischung von Kraftstoffdampf aus dem Sorptionsmittel nur dann durchzuführen, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb einer Schwellentemperatur liegt.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren in einem unteren Teillastbereich des Verbrennungsmotors ausgeführt wird. Da im oberen Teillastbereich sowie bei hohen Drehzahlen die Abgastemperatur ohnehin schon hoch ist, zielt das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie auf eine Anhebung der Temperatur im unteren Teillastbereich sowie bei niedrigen Drehzahlen.
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Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgassystem, in dem wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement angeordnet ist, vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoff betreibbar ist und ein Kurbelgehäuse aufweist, welches über eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung mit einem Abgaskanal des Abgassystems stromaufwärts des Abgasnachbehandlungselements verbunden ist, wobei das Kraftfahrzeug, insbesondere der Verbrennungsmotor, ein Steuergerät aufweist, welches eingerichtet ist, um ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist die Aufheizung eines Abgasnachbehandlungselements, insbesondere eines Abgasnachbehandlungselements in einer Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges, besonders bevorzugt eines Drei-Wege-Katalysators oder eines Partikelfilters, ohne ein teures Sekundärluftsystem und (zumindest weitestgehend) ohne innermotorische Maßnahmen vorgesehen, welche den Kraftstoffverbrauch erhöhen und die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors erhöhen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug ein Kraftstoffversorgungssystem mit einem Kraftstofftank und einem mit dem Kraftstofftank verbundenen Sorptionsmittelbehälter aufweist, wobei der Sorptionsmittelbehälter und das Kurbelgehäuse über eine gemeinsame Zufuhrleitung mit dem Abgaskanal verbunden sind. Bei einem Verbrennungsmotor, insbesondere bei einem Ottomotor, enthält der Kraftstoff sich bei Umgebungstemperatur verflüchtigende Kraftstoffbestandteile, welche in einem Sorptionsmittelbehälter, insbesondere in einem Aktivkohlefilter, zurückgehalten werden, damit diese nicht unkontrolliert in die Umwelt entweichen können. Da die Aufnahmekapazität des Sorptionsmittels im Sorptionsmittelbehälter begrenzt ist, muss dieser periodisch regeneriert werden. Die im Sorptionsmittel zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfe können genutzt werden, um im Abgaskanal exotherm umgesetzt werden zu können und damit ein Abgasnachbehandlungselement, insbesondere einen Drei-Wege-Katalysator oder einen Partikelfilter, aufzuheizen. Durch die Vermischung mit den Blow-By-Gasen aus dem Kurbelgehäuse wird die Temperatur der Kraftstoffdämpfe erhöht, wodurch eine schnellere Umsetzung der Kraftstoffdämpfe im Abgaskanal möglich ist.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn in der gemeinsamen Zufuhrleitung oder in einer Tankentlüftungsleitung, welche den Sorptionsmittelbehälter mit der gemeinsamen Zufuhrleitung verbindet, ein Absperrventil angeordnet ist, mit welchem eine Zufuhr von unverbranntem oder teilverbranntem Kraftstoff in den Abgaskanal gesperrt oder freigegebenen werden kann. Durch ein Absperrventil kann die dem Abgaskanal zugeführte Menge an unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffkomponenten gesteuert werden. So werden diese Kraftstoffkomponenten nur dann in den Abgaskanal eingeleitet, wenn die Temperatur im Abgaskanal unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, sodass ein Aufheizen des Abgasnachbehandlungselements notwendig ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Abgaskanal stromaufwärts einer Einmündung der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung oder der Zufuhrleitung eine verstellbare Drossel angeordnet ist. Durch eine Drossel kann der Druck im Abgaskanal reduziert werden, sodass ein positives Druckgefälle zwischen dem Kurbelgehäuse und/oder dem Sorptionsmittelbehälter und dem Abgaskanal geschaffen werden kann, um die unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffkomponenten in den Abgaskanal einzuleiten. Durch eine verstellbare Drossel kann die Drosselwirkung und somit der Strömungswiderstand in Phasen, in denen keine unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffkomponenten in den Abgaskanal eingeleitet werden, reduziert werden, wodurch eine unnötige Druckerhöhung stromaufwärts der Drossel und eine damit verbundene Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs vermieden wird.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die verstellbare Drossel stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers und stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators angeordnet ist. Durch eine Drossel stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers kann diese Turbine ungestört angeströmt werden und somit ein möglichst großer Anteil der Abgasenthalpie zum Antrieb der Turbine und somit zur Verdichtung von Frischluft genutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug eine Pumpe aufweist, welche die im Sorptionsmittelbehälter zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfe in den Abgaskanal fördert. Alternativ ist eine Pumpe zum Spülen des Sorptionsmittelbehälters vorgesehen, um ein positives Druckgefälle zwischen dem Sorptionsmittelbehälter und dem Abgaskanal zu schaffen und somit die im Sorptionsmittelbehälter zurückgehaltenen Kraftstoffdämpfe in den Abgaskanal zu fördern.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges;
- 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Blockschaltbildes eines Kraftfahrzeuges gemäß der Erfindung; und
- 3 ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges in einer Blockschaltbilddarstellung.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 10, ein Kraftstoffversorgungssystem 20, ein Luftversorgungssystem 40, ein Abgassystem 60, ein Brennstoffzufuhrsystem 80 sowie ein Steuergerät 100.
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Der Verbrennungsmotor 10 umfasst zumindest einen Brennraum 12, hier beispielsweise vier Brennräume 12 und ist vorzugsweise ein (fremdgezündeter) Ottomotor, kann aber auch ein (selbstzündender) Dieselmotor sein. Im folgenden Beispiel ist der Verbrennungsmotor 10 als mittels Zündkerzen fremdgezündeter Ottomotor ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Kraftstoff 24 betreibbar, welcher in einem Kraftstofftank 22 des Kraftfahrzeuges 10 bevorratet ist. Der Kraftstofftank 22 kann über einen Einfüllstutzen 26 befüllt werden und ist mit einem Füllstandsensor 28 zum Erfassen des Füllstands ausgestattet. Der Kraftstoff 24 wird über eine aus dem Kraftstofftank 22 abzweigende Kraftstoffleitung 34 mittels einer Kraftstoffpumpe 30 dem Verbrennungsmotor 12 zugeführt, wo er mittels eines Kraftstoffeinspritzsystems 32 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt wird.
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Über das Luftversorgungssystem 40 wird dem Verbrennungsmotor 10 Frischluft 44 zugeführt, welche aus der Umgebung angesaugt und über eine Ansaugleitung 42 einem Einlass 14, der die Frischluft 44 auf die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 verteilt, zur Verfügung gestellt wird. Im dargestellten Beispiel wird die Frischluft 44 durch einen Verdichter 48 eines Abgasturboladers 46 verdichtet, um den Verbrennungsmotor 10 mit einem gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Ladedruck und damit einer erhöhten Leistung betreiben zu können. Der Verdichter 48 wird durch eine im Abgassystem 60 angeordnete Turbine 66 angetrieben, welche über eine Welle mit dem Verdichter 48 verbunden ist. In der Ansaugleitung 42 ist stromab des Verdichters 48 eine stellbare Drosselklappe 50 angeordnet, mittels welcher die Füllung der Brennräume 14 steuerbar oder regelbar ist. Stromabwärts der Drosselklappe 50 ist ein Ladeluftkühler 52 angeordnet, um die verdichtete Frischluft abzukühlen und somit die Füllung der Brennräume 12 weiter zu verbessern. Das Luftversorgungssystem 40 verfügt ferner über einen Luftfilter 54, welcher stromaufwärts des Verdichters 48 angeordnet ist.
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Ein Abgas 62 des Verbrennungsmotors 10 wird über einen Auslass 16, insbesondere einen Abgaskrümmer, dem Abgassystem 60 zugeführt und dort katalytisch nachbehandelt. Das Abgassystem 60 umfasst hierzu einen Abgaskanal 64, in dem die bereits erwähnte Turbine 66 des Abgasturboladers 46 angeordnet ist, sodass das Abgas 62 unter Entzug von kinetischer Energie die Turbine 66 und damit den Verdichter 48 antreibt. Um schädliche und limitierte Abgaskomponenten in unschädliche Abgaskomponenten zu konvertieren, weist das Abgassystem 60 mindestens ein Abgasnachbehandlungselement 70, vorzugsweise einen Katalysator, insbesondere einen Drei-Wege-Katalysator72 oder einen Partikelfilter 74, auf. Abgaskatalysatoren sind üblicherweise aus einem vom Abgas 62 durchströmbaren Katalysatorträger aufgebaut, welcher mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung versehen ist. Dabei bestimmt die chemische Zusammensetzung der katalytischen Beschichtung, welche Abgaskomponenten katalytisch umgesetzt werden. Oxidationskatalysatoren katalysieren die Konvertierung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen HC und Kohlenmonoxid CO, Reduktionskatalysatoren unterstützen die Konvertierung von Stickoxiden NOx und Drei-Wege-Katalysatoren vereinen die Funktion von Oxidations- und Reduktionskatalysatoren. Stromabwärts des Katalysators 72 ist ein Partikelfilter 74 angeordnet, um die bei der Verbrennung des Kraftstoffes 24 in den Brennräumen 14 des Verbrennungsmotors 12 auftretenden Partikel zurückzuhalten und deren Emission zu hindern.
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Das Brennstoffzufuhrsystem 80 dient einer Brennmittelzufuhr zum Abgaskanal 64. Es umfasst eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 90, welche ein Kurbelgehäuse 18 des Verbrennungsmotors 10 mit dem Abgaskanal 64 verbindet. In der Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 90 ist ein erstes Rückschlagventil 82 angeordnet. Das Brennstoffzufuhrsystem 80 weist ferner einen mit dem Kraftstofftank 22 verbundenen Sorptionsmittelbehälter 96 auf, in dem ein Sorptionsmittel 98, vorzugsweise Aktivkohle, zur Aufnahme der Kraftstoffdämpfe, angeordnet ist. Der Sorptionsmittelbehälter 96 ist über eine Tankentlüftungsleitung 88 mit dem Abgaskanal 64 verbunden, wobei in der Tankentlüftungsleitung 88 ein Absperrventil 86 angeordnet ist. Die Tankentlüftungsleitung 88 und die Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 90 werden zu einer gemeinsamen Zufuhrleitung 92 zusammengeführt, welche an einer Einmündung 76 in den Abgaskanal 64 stromabwärts der Turbine 66 und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 72 einmündet. In der Zufuhrleitung 92 ist ein zweites Rückschlagventil 84 angeordnet, welches ein Entweichen von Abgas 62 aus dem Abgaskanal 64 verhindert.
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Das Steuergerät 100 steuert in an sich bekannter Weise den Betrieb des Verbrennungsmotors 10, insbesondere die zugeführte Verbrennungsluftmenge über die Ansteuerung der Drosselklappe 50, und die zugeführte Kraftstoffmenge über die Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 30 und des Kraftstoffeinspritzsystems 32. Ferner verfügt das Steuergerät 100 über ein Tankentlüftungssteuermodul, das eingerichtet ist, den Sorptionsmittelbehälter 96 von Zeit zu Zeit mit Frischluft 44 zu spülen, um die sorbierten Kraftstoffdämpfe aus dem Sorptionsmittel 98 zu desorbieren und dem Abgaskanal 64 zuzuführen.
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Durch die unmittelbare Zufuhr von unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffbestandteilen aus dem Kurbelgehäuse 18 beziehungsweise aus dem Sorptionsmittelbehälter 96 in den Abgaskanal 64 entsteht eine exotherme Reaktion, welche zu einer Anhebung der Abgastemperatur und zu einer Aufheizung des jeweiligen Abgasnachbehandlungselements 70, 72, 74 führt. Um eine exotherme Reaktion im Drei-Wege-Katalysator 72 zu generieren, bedarf es neben den unverbrannten oder teilverbrannten Kraftkomponenten zusätzlich noch Sauerstoff und einer katalytischen Beschichtung. Die aus dem Kurbelgehäuse 18 zugeführten Blow-By-Gase, insbesondere Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe besitzen ähnlich wie die aus dem Sorptionsmittelbehälter 96 zugeführten Kraftstoffdämpfe einen hohen Heizwert und können somit für eine effiziente Aufheizung des Drei-Wege-Katalysators 72 und/oder des Partikelfilters 74 genutzt werden. Damit die Kraftstoffdämpfe und die Blow-By-Gase in den Abgaskanal 64 gefördert werden können, bedarf es eines positiven Druckgefälles zwischen der Zufuhrleitung 92 und dem Abgaskanal 64, damit das zweite Rückschlagventil 84 öffnet.
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Bei dem in 1 dargestellten Konzept ist daher vorzugsweise eine Einbringung der unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoffkomponenten in einer Schubabschaltphase des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen. In diesem Fall ist ein positives Druckgefälle vorhanden und durch die Schubabschaltung ist eine ausreichende Sauerstoffmenge für die exotherme Umsetzung der unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoffkomponenten im Abgaskanal 64 vorhanden. Auch im leerlaufnahen Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors 10 ist der Einsatz dieses Konzeptes denkbar, wobei der Verbrennungsmotor 10 hierzu mit einem mageren, überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ>1) betrieben wird, um den notwendigen Sauerstoff im Abgaskanal 64 bereitzustellen.
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Für einen Einsatz im (unteren) Teillastbereich sind die in 2 und 3 dargestellten Konzepte bevorzugt. Durch die Pumpe 94 wird ein positives Druckgefälle zwischen der Zufuhrleitung 92 und dem Abgaskanal 64 geschaffen, sodass eine Einbringung der unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoffkomponenten unabhängig von der Last oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 möglich ist.
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Durch die in 3 dargestellte verstellbare Drossel 68 kann das Druckniveau im Abgaskanal 64 soweit abgesenkt werden, dass ebenfalls in fast allen Last- und Drehzahlbereichen ein positives Druckgefälle zwischen der Zufuhrleitung 92 und dem Abgaskanal 64 vorliegt, sodass die Einbringung der unverbrannten beziehungsweise teilverbrannten Kraftstoffkomponenten zur Aufheizung des Drei-Wege-Katalysators 72 oder des Partikelfilters 74 möglich ist.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 1 ausgeführt, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Das Brennstoffzufuhrsystem 80 weist hier eine zusätzliche Pumpe 94 auf, um die aus dem Sorptionsmittelbehälter 96 ausgetragenen Kraftstoffdämpfe auf ein gegenüber dem im Abgaskanal 64 vorherrschenden Druck überhöhtes Druckniveau zu bringen und somit ein positives Druckgefälle für die Förderung der Kraftstoffdämpfe zu schaffen.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichen Aufbau wie zu 1 ausgeführt, wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. In dem Abgaskanal 64 ist stromabwärts der Turbine 66 und stromaufwärts der Einmündung 76 der Zufuhrleitung 92 zusätzlich eine verstellbare Drossel 68 angeordnet, um das Druckniveau im Abgaskanal 64 abzusenken und somit ein Einbringen der unverbrannten oder teilverbrannten Kraftstoffkomponenten zu erleichtern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennraum
- 14
- Einlass
- 16
- Auslass
- 18
- Kurbelgehäuse
- 20
- Kraftstoffversorgungssystem
- 22
- Kraftstofftank
- 24
- Kraftstoff
- 26
- Einfüllstutzen
- 28
- Füllstandsensor
- 30
- Kraftstoffpumpe
- 32
- Kraftstoffeinspritzsystem
- 34
- Kraftstoffleitung
- 40
- Luftversorgungssystem
- 42
- Ansaugleitung
- 44
- Frischluft
- 46
- Abgasturbolader
- 48
- Verdichter
- 50
- Drosselklappe
- 52
- Ladeluftkühler
- 54
- Luftfilter
- 60
- Abgassystem
- 62
- Abgas
- 64
- Abgaskanal
- 66
- Turbine
- 68
- verstellbare Drossel
- 70
- Abgasnachbehandlungselement / Abgasnachbehandlungskomponente
- 72
- Drei-Wege-Katalysator
- 74
- Partikelfilter
- 76
- Einmündung
- 80
- Brennstoffzufuhrsystem (zum Abgaskanal)
- 82
- Rückschlagventil
- 84
- Rückschlagventil
- 86
- Absperrventil
- 88
- Tankentlüftungsleitung
- 90
- Kurbelgehäuseentlüftungsleitung
- 92
- Zufuhrleitung
- 94
- Pumpe
- 96
- Sorptionsmittelbehälter / Aktivkohlebehälter
- 98
- Sorptionsmittel / Aktivkohle
- 100
- Steuergerät
- 102
- Signalleitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4134199 C2 [0004]
- DE 102013220899 A1 [0005]
