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Die Erfindung betrifft ein Durchflusssubstrat für Abgase zur Verwendung in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einer Abgasanlage eines Ottomotors, wobei das Durchflusssubstrat eine Anordnung von Durchgangskanälen und Mittel zum Verschließen von Durchgangskanälen aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Durchflusssubstrat für Abgase.
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In der Kfz-Industrie finden in vielfältiger Gestaltung Partikelfilter als Durchflusssubstrat Verwendung. Die Partikelfilter werden, zur Erreichung Emissionsgrenzwerte in Abgasanlagen, mit einer speziellen Anordnung von Mitteln zum Verschließen von Durchgangskanälen versehen. Diese Mittel sind insbesondere als Stopfen ausgebildet.
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Partikelfilter werden umfangreich bei Dieselmotoren eingesetzt und werden im Rahmen der verschärften Abgasgesetzgebung zukünftig auch zunehmend im Bereich der Ottomotoren eingeführt.
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Unter diesem Aspekt ist es bekannt, Abgasanlagen eines Kraftfahrzeugs mit einem Durchflusssubstrat für Abgase zu versehen. Hierbei weist das Durchflusssubstrat eine Anordnung von Durchgangskanälen auf. Bei der Ausstattung der Abgasanlage mit einem die Funktion eines Partikelfilters aufweisenden Durchflusssubstrat findet ein solches Durchflusssubstrat Verwendung, bei dem erste Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen, bezogen auf die Durchströmung des Durchflusssubstrats mit Abgas, eingangsseitig offen und ausgangsseitig durch Mittel zum Verschließen dieser ersten Durchgangskanäle verschlossen sind, und zweite Durchgangskanäle der Anordnung der Durchgangskanäle im Bereich des Endes, das den zum Durchflusssubstrat zuströmenden Abgas zugewandt ist, mittels der Mittel verschlossen sind und im Bereich des anderen Endes, das dem vom Durchflusssubstrat abströmenden Abgas zugeordnet ist, offen sind. Wandungen, die die ersten Durchgangskanäle von den zweiten Durchgangskanälen trennen, sind hierbei abgasdurchlässig. Ein solcher Partikelfilter zwingt somit die Strömung durch die Wandungen. Diese Maßnahme erzeugt zwangsweise eine Erhöhung des Gegendrucks im Abgasstrang und damit unerwünschte Einflüsse auf die Leistungsabgabe des Motors.
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In diversen Ländern sind gesetzlich keine Partikelfilter als Durchflusssubstrat vorgeschrieben. Um den Aufwand bezüglich Abgasanlagen für die diversen Ländervarianten - einerseits Abgasanlage mit Partikelfilter, andererseits Abgasanlage ohne Partikelfilter - gering zu halten, werden in der Praxis in der Abgasanlage Komponenten eingesetzt, die dem Partikelfilter entsprechen, allerdings bei dem die Durchgangskanäle nicht verschlossen sind, somit nicht verstopfte Partikelfilter vorgesehen. Das Abgas tritt somit durch alle Durchgangskanäle des nicht verstopften Partikelfilters hindurch, womit der „Partikelfilter“ keine Filterfunktion aufweist. In diesem Fall ist dann als einzige Maßnahme diese modifizierte Komponente zu steuern. Nicht verstopfte Partikelfilter können so als einfache Maßnahme eingesetzt werden, um den Bauraum kostengünstig zu besetzen, beispielsweise aufgrund Wärmevorgaben, oder auch um akustische Vorgaben zu erreichen.
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Würde man Partikelfilter verwenden, obwohl gemäß der Ländervorgabe kein Partikelfilter notwendig wäre, hätte dies aufgrund der verstopften Funktion den Nachteil eines hohen Gegendrucks und eines negativen Leistungseinflusses. Es würde das Abgas durch die Kanalwände strömen, obwohl die Funktion des Filterns nicht benötigt wird.
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Wird hingegen ein nicht verstopfter Partikelfilter verwendet, weil im jeweiligen Land kein Erfordernis eines Partikelfilters besteht, hätte dies den Nachteil einer geringen mechanischen Festigkeit eines nicht verstopften Partikelfilters beim Einschieben des hochporigen keramischen Substrats in den metallischen Mantel des Partikelfilters zur Folge.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Durchflusssubstrat der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es für den Fall ohne Partikelfilterfunktion eingesetzt werden kann und hierbei eine große Stabilität aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, eine universell einsetzbare Abgasanlage zu schaffen.
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Gelöst werden die Aufgaben durch ein Durchflusssubstrat gemäß dem Patentanspruch 1 sowie eine Abgasanlage gemäß dem Patentanspruch 9. Weiterbildungen von Durchflusssubstrat und Abgasanlage sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schlägt somit ein Durchflusssubstrat für Abgase zur Verwendung in einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einer Abgasanlage eines Ottomotors vor. Hierbei weist das Durchflusssubstrat eine Anordnung von Durchgangskanälen und Mittel zum Verschließen von Durchgangskanälen auf. Wesentlich ist, dass erste Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen, bezogen auf die Durchströmung des Durchflusssubstrats mit Abgas, einlassseitig und auslassseitig offen sind und zweite Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen im Bereich deren Eingang und deren Ausgang durch die Mittel verschlossen sind.
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Es wird somit ein Durchflusssubstrat geschaffen, bei dem die Durchgangskanäle so verschlossen sind, dass die Strömung nicht, wie dies bei einem Partikelfilter geschieht, von einem Durchgangskanal in den anderen Durchgangskanal gelangt, demzufolge nicht durch die Wand zwischen benachbarten Durchgangskanälen gezwungen wird. Durch das Verschließen der ersten Durchgangskanäle einlassseitig und auslassseitig wird die mechanische Festigkeit des Durchflusssubstrats insgesamt erhöht. Da das Abgas nicht durch die Wandungen zwischen den Durchgangskanälen gezwungen wird, erhöht sich der Gegendruck im Durchflusssubstrat und somit in der Abgasanlage nicht. Die Anzahl und Lage der verschlossenen ersten Durchgangskanäle kann je nach Auslegung variieren.
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Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn im Durchflusssubstrat nicht nur einige erste und zweite Durchgangskanäle vorgesehen sind, sondern das Durchflusssubstrat im Wesentlichen durch die Anordnung der ersten und zweiten Durchgangskanäle gebildet ist.
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Vorzugsweise sind, bezogen auf die Gesamtanzahl der Durchgangskanäle des Durchflusssubstrats, 50 bis 70 Prozent der Durchgangskanäle offen, somit 30 bis 50 Prozent der Durchgangskanäle geschlossen. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn 55 bis 65 Prozent der Durchgangskanäle offen sind, insbesondere 50 Prozent der Durchgangskanäle offen sind. Ziel ist es, ein Durchflusssubstrat zu schaffen, durch das der Gegendruck im Abgasstrang nur minimal erhöht wird, bei gleichzeitiger ausreichender mechanischer Festigkeit des Durchflusssubstrats. Je mehr Durchgangskanäle mittels der Mittel verschlossen sind, desto höher ist die mechanische Festigkeit des Durchflussquerschnitts, desto höher ist aber auch der durch das Durchflusssubstrat erzeugte Gegendruck aufgrund des reduzierten Durchflussquerschnitts des Durchflusssubstrats.
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Besonders günstige Strömungsverhältnisse im Durchflusssubstrat ergeben sich, wenn die Durchgangskanäle einen identischen Querschnitt aufweisen. Ein quadratischer Querschnitt der Durchgangskanäle ist besonders vorteilhaft. Zudem ist es von Vorteil, wenn die Durchgangskanäle eine identische Länge aufweisen.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn sich die Gestaltung des Durchflusssubstrats weitgehend der bekannten Gestaltung eines Partikelfilters als Durchflusssubstrat annähert, wobei bei dem Partikelfilter die Durchgangskanäle schachbrettmusterartig angeordnet sind, insbesondere neben einem ersten Durchgangskanal ein zweiter Durchgangskanal angeordnet ist. Ausgehend hiervon wird nicht, wie beim Partikelfilter, jeder Durchgangskanal eingangsseitig oder ausgangsseitig mittels der Mittel verschlossen, insbesondere verstopft, sondern nur der jeweilige zweite Durchgangskanal im Bereich abgewandter Ende verschlossen, während der jeweilige erste Durchgangskanal beidendig offen bleibt. Entsprechend der Ausbildung des Partikelfilters als Durchflusssubstrat finden vorzugsweise bei dem erfindungsgemäßen Durchflusssubstrat Mittel zum Verschließen von Durchgangskanäle Verwendung, die als Stopfen ausgebildet sind. Diese werden im Bereich abgewandter Enden des jeweiligen zweiten Durchgangskanals in diesen eingesteckt, insbesondere gerade vollständig in diesen eingesteckt.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs erlaubt die Ausstattung der Abgasanlage entweder mit einem Partikelfilter als Durchflusssubstrat oder mit einem alternativ gestalteten Durchflusssubstrat gemäß der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Gestaltung des Durchflusssubstrats.
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Unter diesem Aspekt wird eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Durchflusssubstrat für Abgase vorgeschlagen, wobei das Durchflusssubstrat eine Anordnung von Durchgangskanälen aufweist, wobei bei einer Ausstattung der Abgasanlage mit einer die Funktion eines Partikelfilters aufweisenden Durchflusssubstrats ein Durchflusssubstrat verwendet wird, bei dem erste Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen, bezogen auf die Durchströmung des Durchflusssubstrats mit Abgas, eingangsseitig offen und ausgangsseitig durch Mittel zum Verschließen dieser ersten Durchgangskanäle verschlossen sind, und zweite Durchgangskanäle der Anordnung der Durchgangskanäle im Bereich des Endes, das dem zum Durchflusssubstrat zuströmendem Abgas zugewandt ist, mittels der Mittel verschlossen sind und im Bereich des anderen Endes, das dem vom Durchflusssubstrat abströmenden Abgas zugewandt ist, offen sind, wobei Wandungen, die die ersten der Durchgangskanäle von den zweiten Durchgangskanäle trennen, abgasdurchlässig sind. Bei der Ausstattung der Abgasanlage mit einem keine Partikelfunktion aufweisenden Durchflussquerschnitt findet hingegen ein Durchflusssubstrat Verwendung, bei dem erste Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen, bezogen auf die Durchströmung des Durchflusssubstrats mit Abgas, eingangsseitig und ausgangsseitig offen sind und zweite Durchgangskanäle der Anordnung von Durchgangskanälen sowohl im Bereich des dem zum Durchflusssubstrat zuströmenden Abgases zugewandten Endes als auch im Bereich des dem vom Durchflusssubstrat abströmenden Abgas zugewandten anderen Endes verschlossen sind.
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Unter diesem Aspekt sieht eine besondere Weiterbildung der Erfindung vor, dass Wandungen der Durchgangskanäle, die die ersten Durchgangskanäle und die zweiten Durchgangskanäle trennen, für Gas durchlässig sind. Demzufolge kann bei der Herstellung des Durchflusssubstrats durch einfache Modifizierung des Herstellungsprozesses entweder ein Partikelfilter als Durchflusssubstrat oder ein Durchflusssubstrat, das keine Partikelfilterfunktion aufweist, erzeugt werden. So ist es nur notwendig, die Mittel zum Verschließen von Durchgangskanälen, insbesondere die Stopfen entsprechend der gewünschten Funktion des Durchflusssubstrats zu positionieren, somit im Fall der Partikelfilterfunktion jedem der Durchgangskanäle einen Stopfen, einlassseitig oder auslassseitig zuzuordnen, hingegen bei Bildung eines Durchflusssubstrats ohne Partikelfilterfunktion jeweils nur den zweiten Durchgangskanälen die Stopfen zuzuordnen, somit jeden zweiten Durchgangskanal eingangs- und ausgangsseitig mit je einem Stopfen zu verschließen. Bei einem Durchflusssubstrat ohne Partikelfilterfunktion ist es zwar nicht notwendig, dass die Wandungen der Durchgangskanäle für Gas durchlässig sind. Eine solche Ausbildung der Wandung ist aber nicht schädlich, weil Gas wegen der verschlossenen zweiten Durchgangskanäle nicht in diese übertreten kann. Allerdings können für die beiden Durchflusssubstratvarianten - Partikelfilterfunktion und keine Partikelfilterfunktion - dieselben Grundstrukturen, die die Durchgangskanäle bilden, verwendet werden. Dies reduziert den vorzuhalten Teileumfang.
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Das Durchflusssubstrat findet insbesondere bei einer Abgasanlage eines Ottomotors Verwendung. Es ist aber durchaus auch bei einer Abgasanlage eines Dieselmotors einsetzbar.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung eines in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Es zeigt in schematischer Darstellung:
- 1 einen für das Verständnis der Erfindung relevanten Teilbereich einer Abgasanlage eines mittels eines Verbrennungsmotors betriebenen Kraftfahrzeugs,
- 2 eine Prinzipdarstellung eines bei der Abgasanlage gemäß 1 Verwendung findenden Durchflusssubstrats, das keine Partikelfilterfunktion aufweist,
- 3 ein gegenüber dem Durchflusssubstrat nach 2 modifiziertes Durchflusssubstrat mit verwirklichter Partikelfilterfunktion.
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Figurenbeschreibung
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Für den in 1 veranschaulichten Teilbereich einer Abgasanlage 1 ist stromaufwärts ein Oxidationskatalysator 2 und unmittelbar an diesen stromabwärts anschließend ein Durchflusssubstrat 3 veranschaulicht. Der Oxidationskatalysator 2 und das Durchflusssubstrat 3 sind innerhalb eines rotationssymmetrischen Gehäuses 4 angeordnet, das einen Eingangsstutzen 5, durch den Abgas gemäß Pfeil 6 eintritt, und einen Ausgangsstutzen 7, durch den gereinigtes Abgas gemäß Pfeil 8 austritt, aufweist. Zusätzlich kann die Abgasanlage 1 stromaufwärts, insbesondere im Bereich des Eingangsstutzens 5 eine Lambdasonde 9, im Bereich des Oxidationskatalysators 2 einen Temperatursensor 10, zwischen dem Oxidationskatalysator 2 und dem Durchflusssubstrat 3 einen weiteren Temperatursensor 11 und einen Differenzdrucksensor 12, sowie stromabwärts des Durchflusssubstrats 3 vor dem Ausgangsstutzen 7 einen weiteren Differenzdrucksensor 13 aufweisen.
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2 zeigt, betreffend die in 1 gezeigte Anordnung, eine Darstellung eines Teilbereichs des Durchflusssubstrats 3 zur Verdeutlichung dessen grundsätzlichen Aufbaus und dessen Funktion.
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Das Durchflusssubstrat 3 findet Verwendung bei einer Abgasanlage 1, bei der keine Funktion eines Partikelfilters verwirklicht ist, womit Abgasanforderungen in dem Land, in dem das die Abgasanlage 1 ausgelieferte Fahrzeug zum Einsatz gelangt, eine Verwendung eines Partikelfilters nicht vorschreiben.
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Das Durchflusssubstrat 3 weist eine Anordnung von ersten Durchgangskanälen 14 und zweiten Durchgangskanälen 15 und als Stopfen 16 ausgebildete Mittel zum Verschließen der zweiten Durchgangskanäle 15 auf. Die Durchgangskanäle 14, 15 weisen einen identischen, quadratischen Querschnitt und eine identische Länge auf. Die Durchgangskanäle 14, 15 sind schachbrettmusterartig angeordnet, sodass neben einem ersten Durchgangskanal 14 ein zweiter Durchgangskanal 15 angeordnet ist. Ein erster Durchgangskanal 14 grenzt somit an vier zweite Durchgangskanäle 15 und ein zweiter Durchgangskanal 15 an vier erste Durchgangskanäle 14 im Bereich von den Kanälen trennenden Wandungen 17 an. Jeder Durchgangskanal 14 bzw. 15 ist somit durch vier Wandungen 17 begrenzt, wobei die Durchgangskanäle 14, 15 stromaufwärts, somit auf der dem Eingangsstutzen 5 zugewandten Seite als auch stromabwärts, somit auf der dem Ausgangsstutzen 7 zugewandten Seite offen sind.
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Stopfen 16 sind nur in die zweiten Durchgangskanäle 15 im Bereich deren stromaufwärtigen Enden und deren stromabwärtigen Enden gerade vollständig eingesteckt. In die ersten Durchgangskanäle 14 sind keine Stopfen eingesteckt. Somit kann Abgas im Bereich des Durchflusssubstrats 3 durch die ersten Durchgangskanäle 14 strömen, nicht aber durch die zweiten Durchgangskanäle 15. Dies ungeachtet der Tatsache, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Wandungen 17 so ausgebildet sind, dass sie für Gas durchlässig sind. Wegen der verstopften Enden der zweiten Durchgangskanäle 15 kann dennoch kein Abgas in den jeweiligen zweiten Durchgangskanal 15 hineingezwungen werden.
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Das Durchflusssubstrat 3 ist so ausgebildet, dass - bezogen auf die Gesamtzahl der Durchgangskanäle 14, 15 - 50 Prozent der Durchgangskanäle offen und 50 Prozent der Durchgangskanäle geschlossen sind. Somit weist das Durchflusssubstrat 3, betreffend die Gesamtanzahl der Durchgangskanäle 50 Prozent erste Durchgangskanäle 14 und 50 Prozent zweite Durchgangskanäle 15 auf.
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Wegen dieser Gestaltung des Durchflusssubstrats 3 erfährt dieses über die in die zweiten Durchgangskanäle 15 eingesteckten Stopfen 16 eine hohe Stabilität, erlaubt aber ein günstiges Durchströmen aufgrund der jeweils beidendig offenen ersten Durchgangskanäle 14.
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Bei der Herstellung des Durchflusssubstrats 3 kann dieses, bei identischer Teileanzahl, als Durchflusssubstrat 3, das keine Partikelfilterfunktion aufweist, gestaltet werden oder aber als Durchflusssubstrat, das Partikelfilterfunktion aufweist.
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Um das Durchflusssubstrat mit Partikelfilterfunktion zu schaffen, ist es nur erforderlich, wie zur 3 veranschaulicht, das Durchflusssubstrat 3' entsprechend dem Durchflusssubstrat 3 zu gestalten, allerdings es anders zu verstopfen, konkret die ersten Durchgangskanäle 14 eingangsseitig, somit auf der dem Eingangsstutzen 5 zugewandten Seite, offen zu lassen, demnach unverstopft zu lassen und nur das auslassseitige Ende des ersten Durchgangskanals zu verschließen, somit mit einem Stopfen 16' zu versehen, hingegen den jeweiligen zweiten Durchgangskanal 15 einlassseitig mit einem Stopfen 16' zu verschließen und ausgangsseitig offen zu lassen. Demzufolge ergibt sich ein Abgasfluss mit Partikelfilterfunktion in den jeweiligen ersten Durchgangskanal 14 hinein, durch die Wandung 17 hindurch und aus dem der Wandung 17 zugeordneten zweiten Durchgangskanal 15 heraus.
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Für denselben Grundaufbau der Abgasanlage 1, wie zur 1 veranschaulicht, kann somit einmal das Durchflusssubstrat 3, welches keine Partikelfilterfunktion ermöglicht und in anderem Fall des Durchflusssubstrat 3', das die Partikelfilterfunktion aufweist, verwirklicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasanlage
- 2
- Oxidationskatalysator
- 3
- Durchflusssubstrat
- 3'
- Durchflusssubstrat
- 4
- Gehäuse
- 5
- Eingangsstutzen
- 6
- Pfeil
- 7
- Ausgangsstutzen
- 8
- Pfeil
- 9
- Lambdasonde
- 10
- Temperatursensor
- 11
- Temperatursensor
- 12
- Differenzdrucksensor
- 13
- Differenzdrucksensor
- 14
- erster Durchgangskanal
- 15
- zweiter Durchgangskanal
- 16
- Stopfen/Mittel
- 16'
- Stopfen/Mittel
- 17
- Wandung
