-
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einer Abgasleitung zur Führung von Abgas, sowie eine entsprechende Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 198 38 703 A1 bekannt. Diese betrifft eine Vorrichtung zur Strömungsberuhigung in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, insbesondere am abgasseitigen Ausgang eines einem Verbrennungsmotor nachgeschalteten Abgasturboladers, bestehend aus einem Leitblech, welches eine Mehrzahl von in Strömungsrichtung erstreckten, quer zum Abgasrohr verlaufenden Stegblechen umfasst.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasanlage vorzuschlagen, welche in unterschiedlichen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine einen effizienten Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
-
Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in die Abgasleitung ein Sensor hineinragt und bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung stromaufwärts des Sensors wenigstens ein Abgasleitelement in der Abgasleitung angeordnet ist, das in wenigstens einer Stellung Abgas in Richtung des Sensors umlenkt.
-
Die Abgasanlage dient dem Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine, welches diese während ihres Betriebs erzeugt. Insoweit wird der Abgasanlage das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas zugeführt, insbesondere das gesamte von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas. Mithilfe der Abgasanlage wird das Abgas beispielsweise in Richtung einer Außenumgebung abgeführt und in diese entlassen, beispielsweise über ein Endrohr. Die Abgasanlage verfügt über die Abgasleitung, welche einerseits strömungstechnisch an die Brennkraftmaschine angeschlossen ist, beispielsweise über einen Abgaskrümmer und/oder ein Hosenrohr. Über die Abgasleitung wird insoweit wenigstens ein Teil des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases, besonders bevorzugt das gesamte von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas, abgeführt, nämlich bevorzugt in Richtung der Außenumgebung.
-
Eine Steuerung und/oder Regelung der Abgasanlage und/oder der Brennkraftmaschine erfolgt vorzugsweise auf Grundlage wenigstens eines Abgasparameters, welcher wenigstens einen Zustandsparameter des Abgases beschreibt. Der Abgasparameter kann beispielsweise in Form eines Abgasdrucks, einer Abgastemperatur und/oder einer Abgaszusammensetzung vorliegen. Die Abgaszusammensetzung kann beispielsweise in Form eines Restsauerstoffgehalts vorliegen oder zumindest aus dieser ermittelt werden.
-
Zum Bestimmen des wenigstens einen Abgasparameters ist der Sensor vorgesehen. Der Sensor ist zum Messen des wenigstens einen Abgasparameters vorgesehen und ausgebildet. Sollen mehrere oder alle der genannten Abgasparameter ermittelt werden, so kann es vorgesehen sein, dass der Sensor zum Messen dieser mehreren Abgasparameter vorgesehen und ausgebildet ist. Alternativ können mehrere Sensoren vorliegen, wobei jeder der Sensoren zum Messen von wenigstens einem der genannten Abgasparameter vorgesehen und ausgebildet ist. Nachfolgend wird lediglich auf den Sensor beziehungsweise einen der Sensoren eingegangen. Die Ausführungen sind jedoch in jedem Fall auf jeden der mehreren Sensoren beziehungsweise die anderen der mehreren Sensoren übertragbar.
-
Der Abgasparameter wird beispielsweise zum Einstellen eines Durchströmungsgrads eines Wastegates, insbesondere eines Abgasturboladers, und/oder einer Abgasrückführung, insbesondere einer Hochdruckabgasrückführung, verwendet. Zusätzlich oder alternativ kann anhand des Abgasparameters eine Einspritzmenge für ein Reduktionsmittel zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion herangezogen und nachfolgend eine der Einspritzmenge entsprechende Menge des Reduktionsmittels in das Abgas eingebracht werden. Auch kann anhand des Abgasparameters festgestellt werden, ob eine Regeneration eines Partikelfilters durchgeführt werden muss.
-
Der Sensor zur Messung des wenigstens einen Abgasparameters ragt in die Abgasleitung hinein, sodass er während eines Betriebs der Brennkraftmaschine von dem Abgas angeströmt und/oder überströmt wird. Es kann jedoch vorkommen, dass das Abgas über einen Querschnitt der Abgasleitung, in welchem der Sensor vorliegt, nicht homogen verteilt ist. Die Verteilung des Abgases in dem Querschnitt der Abgasleitung kann von einer Führung der Abgasleitung, insbesondere von Biegungen, Knickungen und/oder Abzweigungen, und/oder einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängen.
-
In anderen Worten bestimmt sich die Verteilung des Abgases in dem Querschnitt der Abgasleitung vor allem aus der stromaufwärts des Querschnitts liegenden Geometrie der Abgasleitung. Zusätzlich kann die Konzentration von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängen, insbesondere also von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder einem von der Brennkraftmaschine bereitgestellten Drehmoment. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beeinflusst maßgeblich die aus der Brennkraftmaschine in die Abgasanlage eintretende Abgasmenge, eine Abgastemperatur des Abgases, eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases und/oder eine Zusammensetzung des Abgases.
-
Während der Entwicklung der Abgasanlage und der Brennkraftmaschine muss nun eine Position innerhalb der Abgasleitung für den Sensor gefunden werden, für welche über zahlreiche Betriebszustände der Brennkraftmaschine, insbesondere alle Betriebszustände, der Brennkraftmaschine hinweg, der Sensor zuverlässig den Abgasparameter ermitteln kann. Dies ist der Fall, falls der Sensor an einer Stelle der Abgasleitung vorliegt, an welcher unabhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine hohe Konzentration des Abgases gegeben ist. Es kann jedoch vorkommen, dass eine solche Stelle entweder nicht identifiziert werden kann oder, beispielsweise aufgrund von Bauraumeinschränkungen, nicht nutzbar ist.
-
Aus diesem Grund ist dem Sensor das Abgasleitelement zugeordnet, welches derart in der Abgasleitung angeordnet ist, dass es in wenigstens einer Stellung Abgas in Richtung des Sensors umlenkt. Auf diese Art und Weise kann im Bereich des Sensors stets eine hohe Konzentration des Abgases sichergestellt werden, sodass der wenigstens eine Abgasparameter zuverlässig mittels des Sensors messbar ist.
-
In anderen Worten ist das Durchströmungsverhalten der Abgasanlage beziehungsweise der Abgasleitung durch das Abgas abhängig von dem wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine. Zur Kombination des von dem wenigstens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine abhängigen Durchströmungsverhaltens ist das Abgasleitelement in der Abgasleitung in Hauptströmungsrichtung des Abgases stromaufwärts des Sensors angeordnet, sodass über alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine hinweg der Abgasparameter mittels des Sensors zuverlässig bestimmbar ist. Unter der Hauptströmungsrichtung des Abgases ist die Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung mit der größten Geschwindigkeitskomponente zu verstehen. Die Hauptströmungsrichtung fällt üblicherweise mit der Längsmittelachse der Abgasleitung zusammen.
-
Das Abgasleitelement erhöht beispielsweise den Anteil des Abgases, welches den Sensor anströmt und/oder überströmt. Mithilfe des Abgasleitelements kann die Qualität der Messwerte des Sensors und mithin des wenigstens einen Abgasparameters deutlich erhöht werden. Hierdurch wird eine höhere Qualität der Steuerung und/oder Regelung der Abgasanlage beziehungsweise der Brennkraftmaschine erzielt.
-
Zusätzlich kann unter Umständen der Sensor an einer Stelle der Abgasleitung angeordnet werden, welche ohne das Abgasleitelement eine vergleichsweise schlechte Anströmung beziehungsweise Überströmung des Sensors bewirken würde. Mithilfe des Abgasleitelements kann dies jedoch kompensiert werden. Der freiwerdende Bauraum an beziehungsweise in der Abgasleitung kann nun anderweitig verwendet werden, sodass insgesamt eine flexiblere Gestaltung der Abgasanlage möglich ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Abgasleitelement verstellbar ist und das Abgas in der wenigstens einen Stellung in Richtung des Sensors umlenkt und in wenigstens einer weiteren Stellung von dem Sensor fortlenkt oder eine Strömungsrichtung des Abgases nicht beeinflusst. Das Abgasleitelement ist insoweit verlagerbar, beispielsweise mithilfe eines Aktuators. Das Abgasleitelement ist zwischen der wenigstens einen Stellung und der wenigstens einen weiteren Stellung verlagerbar, also entweder in der Stellung oder der weiteren Stellung anordenbar. In der wenigstens einen Stellung dient das Abgasleitelement dem Umlenken von Abgas derart, dass dieses in Richtung des Sensors strömt. In der wenigstens einen weiteren Stellung hingegen ist das Abgasleitelement derart angeordnet, dass es das Abgas von dem Sensor fortlenkt oder eine Strömungsrichtung des Abgases nicht beeinflusst.
-
Beispielsweise wird während eines Betriebs der Abgasanlage eine Stellung für das Abgasleitelement ermittelt, welche eine hinreichende Anströmung beziehungsweise Überströmung des Sensors und gleichzeitig einen möglichst geringen Druckverlust des Abgases in der Abgasleitung sicherstellt. In diese Stellung wird das Abgasleitelement verlagert. Es ist also vorgesehen, das Abgasleitelement in einem ersten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in einer ersten Stellung und in einem zweiten Betriebspunkt in einer zweiten Stellung anzuordnen. Die erste Stellung dient dem Umlenken des Abgases in Richtung des Sensors, wohingegen die zweite Stellung das Abgas von dem Sensor fortlenkt oder die Strömungsrichtung des Abgases nicht verändert. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Abgasanlage werden zum einen eine zuverlässige Messung des Abgasparameters und zum anderen ein geringer Druckverlust der Abgasanlage erzielt.
-
Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Abgasleitelement in Form einer ebenen oder gekrümmten Platte vorliegt, die mittels einer Welle verlagerbar in der Abgasleitung gelagert ist. Die Platte weist in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen größere Abmessungen auf als in einer dritten Richtung, die auf den beiden erstgenannten Richtungen senkrecht steht. In den beiden erstgenannten Richtungen sind die Abmessungen der Platte beispielsweise identisch, in der dritten Richtung sind sie deutlich geringer. Die Platte kann entweder eben oder gekrümmt sein. Ist die Platte gekrümmt, so ist die Krümmung der Platte vorzugsweise durchgehend konstant. Die Platte kann in einer Ebene, die von der ersten Richtung und der zweiten Richtung aufgespannt wird, mehreckig, insbesondere rechteckig, oder rund sein. In letzterem Fall liegt die Platte in Form einer Scheibe vor.
-
In jedem Fall ist die Platte mittels der Welle verlagerbar in der Abgasleitung gelagert. Die Welle ist insoweit derart mit dem Abgasleitelement wirkverbunden, dass das Abgasleitelement mithilfe der Welle in unterschiedliche Stellungen verlagert werden kann, beispielsweise in die wenigstens eine Stellung und die wenigstens eine weitere Stellung. Beispielsweise ist das Abgasleitelement starr mit der Welle verbunden, sodass bei einer linearen Verlagerung der Welle oder einer Drehbewegung der Welle eine entsprechende Bewegung des Abgasleitelements bewirkt wird.
-
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Welle ein Gewinde aufweist, welches mit einem Gewinde der Platte in Eingriff steht. Bei einer Drehbewegung der Welle wird nun das Abgasleitelement linear verlagert. Hierzu ist das Abgasleitelement vorzugsweise drehfest, jedoch linear verlagerbar, in der Abgasleitung gelagert. Eine derartige Ausgestaltung des Abgasleitelements beziehungsweise der Abgasanlage ermöglicht ein flexibles Einstellen der Stellung des Abgasleitelements und insoweit eine zuverlässige Anströmung beziehungsweise Überströmung des Sensors.
-
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Abgasleitelement über die Welle mit einem Aktuator zur Verstellung des Abgasleitelements gekoppelt ist. Der Aktuator liegt beispielsweise in Form eines elektrischen oder elektromechanischen Aktuators vor. Mithilfe des Aktuators kann eine Drehbewegung und/oder eine lineare Bewegung der Welle bewirkt werden. Der Aktuator ermöglicht ein flexibles und zielgerichtetes Einstellen des Abgasleitelements in eine der Stellungen, sodass stets eine optimale Anströmung beziehungsweise Überströmung des Sensors gewährleistet ist.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Abgasleitelement bezüglich einer Längsmittelachse der Welle drehbar oder linear verlagerbar ist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Beispielsweise ist das Abgasleitelement drehfest mit der Welle verbunden. Durch eine Drehung oder eine lineare Verlagerung der Welle wird nun eine entsprechende Bewegung des Abgasleitelements erzielt. Der Aktuator kann zum Bewirken einer derartigen Bewegung auf die Welle vorgesehen und ausgebildet sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Abgasleitelement über ein Gewinde mit dem Gewinde der Welle mit dieser gekoppelt ist. Eine Drehbewegung der Welle bewirkt nun eine lineare Verlagerung des Abgasleitelements innerhalb der Abgasleitung. Somit wird eine zielgerichtete Einstellung des Abgasleitelements realisiert.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Abgasleitelement und/oder der Aktuator ein Bimetallelement aufweisen oder als ein solches vorliegen. Das Abgasleitelement beziehungsweise der Aktuator kann insoweit als Bimetallelement ausgestaltet sein oder ein solches aufweisen. Ist das Bimetallelement dem Abgasleitelement zugeordnet, weist dieses das Bimetallelement auf oder liegt als solches vor, so ist das Abgasleitelement vorzugsweise starr in der Abgasleitung angeordnet. Das Bimetallelement verändert seine Form in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases, sodass für unterschiedliche Betriebspunkte der Brennkraftmaschine unterschiedliche Stellungen des Abgasleitelements realisiert sind. Zusätzlich oder alternativ kann der Aktuator das Bimetallelement aufweisen oder als Bimetallelement vorliegen. Die Verwendung des Bimetallelements ermöglicht eine passive Verstellung beziehungsweise Verlagerung des Abgasleitelements. Auf eine Steuerung und/oder Regelung kann insoweit verzichtet werden, sodass ein einfacher und kostengünstiger Aufbau vorliegt.
-
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sensor und das Abgasleitelement in einem geraden Bereich der Abgasleitung angeordnet sind. In dem geraden Bereich der Abgasleitung wird das Abgas insoweit lediglich von dem Abgasleitelement umgelenkt, falls dieses sich in einer Stellung befindet, die eine solche Umlenkung bewirkt. Stromaufwärts und/oder stromabwärts des Geradenbereichs der Abgasleitung kann die Abgasleitung wenigstens eine Krümmung oder dergleichen aufweisen. Die Verwendung des geraden Bereichs der Abgasleitung für die Anordnung des Sensors und des Abgasleitelements hat den Vorteil, dass eine besonders gezielte Beeinflussung des Abgases und dessen Strömungsrichtung mithilfe des Abgasleitelements möglich ist.
-
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Sensor näher an einer die Abgasleitung begrenzenden Leitungswand angeordnet ist als das Abgasleitelement. Beispielsweise ist der Sensor unmittelbar an der Leitungswand befestigt, wohingegen das Abgasleitelement beabstandet von der Leitungswand angeordnet ist und beispielsweise lediglich mittelbar über die Welle an dieser gelagert beziehungsweise befestigt ist. Bezüglich einer Längsmittelachse der Abgasleitung beziehungsweise des geraden Bereichs der Abgasleitung, in welchem der Sensor und das Abgasleitelement angeordnet sind, ist der Sensor also in radialer Richtung weiter außenliegend angeordnet als das Abgasleitelement.
-
Beispielsweise liegt das Abgasleitelement mittig oder zumindest in etwa mittig in der Abgasleitung vor, wohingegen der Sensor beispielsweise - im Querschnitt gesehen und bezogen auf einen Abstand zwischen der Leitungswand und der Längsmittelachse der Abgasleitung in diesem Querschnitt - ausgehend von der Leitungswand höchstens 10 %, höchstens 20 %, höchstens 25 % oder höchstens 30 % in die Abgasleitung hineinragt. Hierdurch wird eine besonders effektive Strömungsführung durch das Abgasleitelement und gleichzeitig ein besonders geringer Druckverlust aufgrund des Sensors erzielt.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, mit einer Abgasanlage, insbesondere einer Abgasanlage gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Abgasanlage über eine Abgasleitung zur Führung von Abgas verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass in die Abgasleitung ein Sensor hineinragt und bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung stromaufwärts des Sensors wenigstens ein Abgasleitelement in der Abgasleitung angeordnet ist, das in wenigstens einer Stellung Abgas in Richtung des Sensors umlenkt.
-
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Abgasanlage wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Brennkraftmaschine als auch die Abgasanlage können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
-
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage, insbesondere einer Abgasanlage gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Abgasanlage über eine Abgasleitung zur Führung von Abgas verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass in die Abgasleitung ein Sensor hineinragt und bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung stromaufwärts des Sensors wenigstens ein Abgasleitelement in der Abgasleitung angeordnet ist, das in einer Stellung angeordnet wird, in der es Abgas in Richtung des Sensors umlenkt.
-
Auch hinsichtlich möglicher Ausgestaltungen der beschriebenen Abgasanlage und des Verfahrens zu ihrem Betreiben wird auf die Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung Bezug genommen.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, mit einem Sensor sowie einem Abgasleitelement.
-
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasanlage 1, die einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine zugeordnet ist beziehungsweise einen Bestandteil der Brennkraftmaschine bildet. Die Abgasanlage 1 verfügt über eine Abgasleitung 2 zur Führung von Abgas, die von einer Leitungswand 3 in radialer Richtung nach außen - bezüglich einer Längsmittelachse 4 der Abgasleitung 2 - begrenzt ist. Während eines Betriebs der Brennkraftmaschine wird die Abgasleitung 2 in Richtung des Pfeils 5 von Abgas durchströmt. Der Pfeil 5 beschreibt eine Hauptströmungsrichtung des Abgases in der Abgasleitung 2. Zur Messung wenigstens eines Abgasparameters des Abgases ist ein Sensor 6 vorgesehen, der in die Abgasleitung 2 hineinragt. Hierzu ist der Sensor 6 beispielsweise an der Leitungswand 3 befestigt, insbesondere durchgreift er die Leitungswand 3.
-
Um eine über verschiedene Betriebspunkte hinweg zuverlässige und hinreichende Anströmung beziehungsweise Überströmung des Sensors 6 mit Abgas zu gewährleisten, ist in der Abgasleitung 2 ein Abgasleitelement 7 angeordnet. Das Abgasleitelement 7 dient in wenigstens einer Stellung der Umlenkung von Abgas in Richtung des Sensors 6. Beispielsweise liegt das Abgasleitelement 7 in Form einer ebenen oder gekrümmten Platte vor, wobei in der hier dargestellten Ausführungsform die gekrümmte Variante gezeigt ist.
-
Das Abgasleitelement 7 ist mittels einer Welle 8 in der Abgasleitung 2 verlagerbar gelagert. Beispielsweise ist hierzu die Welle 8 einerseits mittels eines Aktuators 9 und andererseits mittels eines Lagers 10 gelagert. Die Welle 8 durchgreift vorzugsweise die Abgasleitung 2 in radialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse 4 vollständig, sodass eine zuverlässige Lagerung des Abgasleitelements 7 gegeben ist. Beispielsweise ist das Abgasleitelement 7 mittels der Welle 8 in linearer Richtung und/oder drehbar gelagert. Unter der linearen Verlagerung ist eine Verlagerung des Abgasleitelements 7 in Richtung einer Längsmittelachse der Welle 8 beziehungsweise einer Drehachse der Welle 8 zu verstehen.
-
Beispielsweise weist die Welle 8 ein Gewinde, insbesondere ein Außengewinde, auf, das mit einem Gewinde, insbesondere einem Innengewinde, des Abgasleitelements 7 in Eingriff steht. Bei einer Drehbewegung der Welle 8, welche mittels des Aktuators 9 bewirkt werden kann, wird das Abgasleitelement 7 in Richtung der Längsmittelachse der Welle 8 linear verlagert. Hierzu ist das Abgasleitelement 7 drehfest in der Abgasleitung 2 angeordnet.
-
Die beschriebene Ausgestaltung der Abgasanlage 1 ermöglicht in jedem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein zuverlässiges und hinreichendes Anströmen des Sensors 6 durch das Abgas, sodass mittels des Sensors 6 der Abgasparameter zuverlässig ermittelt werden kann.
-
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
-
