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Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsanlage zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einer ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und einer bezüglich einer Hauptströmungsrichtung von Abgas durch die Abgasnachbehandlungsanlage stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2005 015 479 A1 bekannt. Diese betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines direkteinspritzenden Dieselmotors. Das Abgasnachbehandlungssystem enthält einen SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aus Abgasen eines Verbrennungsmotors; einen Abgastemperatursensor stromauf des SCR-Katalysators und ein Steuergerät zum Steuern des Abgasnachbehandlungssystems. Um den SCR-Katalysator vor zu hohen Abgastemperaturen zu schützen, ist ferner eine Kühleinrichtung zum Begrenzen der Temperatur der durch den SCR-Katalysator strömenden Abgase vorgesehen, deren Betrieb von dem Steuergerät in Abhängigkeit von der durch den Abgastemperatursensor erfassten Abgastemperatur stromauf des SCR-Katalysators gesteuert wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasnachbehandlungsanlage vorzustellen, welche gegenüber bekannten Abgasnachbehandlungsanlagen Vorteile aufweist, insbesondere einen geringen Bauraumbedarf aufweist und flexibel auf unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine abstimmbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgasnachbehandlungsanlage zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels einer schaltbaren Bypassleitung umgehbar ist, die an einer Abzweigstelle stromaufwärts von der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung aus einer Abgasleitung abzweigt und strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung an einer Einmündungsstelle in die Abgasleitung einmündet.
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Die Abgasnachbehandlungsanlage dient zur Nachbehandlung von Abgas, welches von der Brennkraftmaschine erzeugt wird. Die Abgasnachbehandlungsanlage und die Brennkraftmaschine sind beispielsweise Bestandteil einer Antriebseinrichtung, insbesondere einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung stellt mittels der Brennkraftmaschine ein Antriebsdrehmoment bereit, welches beispielsweise auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtet ist. Während ihres Betriebs erzeugt die Brennkraftmaschine Abgas, welches zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig, der Abgasnachbehandlungsanlage zugeführt wird. Die Abgasnachbehandlungsanlage ist hierzu strömungstechnisch an die Brennkraftmaschine angeschlossen, nämlich an einen Abgasauslass der Brennkraftmaschine.
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In anderen Worten wird das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas über die Abgasnachbehandlungsanlage abgeführt, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung. Beispielsweise weist die Abgasnachbehandlungsanlage auf ihrer der Brennkraftmaschine strömungstechnisch abgewandten Seite ein Endrohr auf, durch welches das Abgas in die Außenumgebung abgeführt wird. Entsprechend ist also die Brennkraftmaschine strömungstechnisch über die Abgasnachbehandlungsanlage an das Endrohr angeschlossen.
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Die Abgasnachbehandlungsanlage verfügt über mehrere Abgasnachbehandlungseinrichtungen, nämlich zumindest die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung sind strömungstechnisch hintereinander in einer Abgasleitung angeordnet, welcher das von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas zugeführt wird. Beispielsweise ist die Abgasleitung einerseits an die Brennkraftmaschine angeschlossen und weist andererseits das Endrohr auf.
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Während eines Betriebs der Abgasnachbehandlungsanlage beziehungsweise der Brennkraftmaschine durchströmt das Abgas die Abgasleitung in der Hauptströmungsrichtung, welche von der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung in Richtung der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt. Insbesondere geht die Hauptströmungsrichtung von der Brennkraftmaschine aus und verläuft in Richtung des Endrohrs. Die Abgasnachbehandlungseinrichtungen der Abgasnachbehandlungsanlage sind derart in der Abgasleitung angeordnet, dass das Abgas zunächst die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmt und erst nachfolgend die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung. In anderen Worten ist die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung in der Abgasleitung angeordnet.
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Die Verwendung mehrerer Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Rahmen der Abgasnachbehandlungsanlage ist insbesondere den unterschiedlichen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine geschuldet. So müssen sowohl bei niedrigen Drehzahlen, niedrigen Lasten, niedrigen Temperaturen und kalten Umgebungsbedingungen einerseits und hohen Drehzahlen, hohen Lasten, hohen Temperaturen und warmen Umgebungsbedingungen andererseits eine hinreichende Nachbehandlung und mithin eine ausreichende Reinigung des Abgases von Schadstoffen erzielt werden. Um diesen unterschiedlichen Rand- beziehungsweise Betriebsbedingungen gerecht zu werden, kann es vorgesehen sein, zusätzlich zu den beiden beschriebenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung vorzusehen. Hierbei sind beispielsweise die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung motornah angeordnet, beispielsweise in einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs, wohingegen die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung an einem Unterboden des Kraftfahrzeugs, also außerhalb des Motorraums, angeordnet ist.
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Falls die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung als SCR-Katalysator ausgestaltet ist (SCR: selektive katalytische Reduktion), der zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion mittels eines Reduktionsmittels vorgesehen und ausgebildet ist, ist zusätzlich eine Einbringvorrichtung für das Reduktionsmittel stromaufwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, nämlich ebenfalls an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs. Aus der Verwendung der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie (optional) der Einbringvorrichtung für das Reduktionsmittel resultiert ein hoher Bauraumbedarf. Zudem werden durch die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung hohe Kosten verursacht. Es ist daher wünschenswert, auf eine solche weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung zu verzichten.
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Vor diesem Hintergrund ist es vorgesehen, die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung unabhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine häufiger bei ihrer Betriebstemperatur zu betreiben als bislang möglich. Unter der Betriebstemperatur ist hierbei diejenige Temperatur der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinrichtung zu verstehen, bei welcher diese eine hinreichende Wirkung aufweist, insbesondere eine hinreichende Nachbehandlung des Abgases durchführt, also beispielsweise eine bestimmte Konvertierungsleistung für Schadstoffe aufweist.
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Um die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung bei ihrer Betriebstemperatur zu betreiben beziehungsweise auf ihrer Betriebstemperatur zu halten, ist die schaltbare Bypassleitung vorgesehen, mittels welcher die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung strömungstechnisch umgehbar ist. Das bedeutet, dass bei freigegebener Bypassleitung zumindest ein Teil des Abgases um die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung herumgeführt wird. Hierzu zweigt die Bypassleitung stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung aus der Abgasleitung ab und mündet strömungstechnisch nach der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung wieder in sie ein, nämlich strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Die Bypassleitung ist schaltbar, sodass unterschiedliche Durchströmungsquerschnitte der Bypassleitung einstellbar sind. Bei einem kleineren ersten Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung strömt - bei ansonsten gleichen Strömungsbedingungen - weniger Abgas durch die Bypassleitung als bei einem größeren zweiten Durchströmungsquerschnitt. Beispielsweise ist die Bypassleitung vollständig versperrbar, sodass also der erste Durchströmungsquerschnitt Null beträgt, wohingegen der zweite Durchströmungsquerschnitt größer ist, beispielsweise einem maximalen Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung entspricht.
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Die Bypassleitung ist derart ausgestaltet, dass sich das Abgas bei ihrem Durchströmen abkühlt, insbesondere stärker abkühlt als bei einem Durchströmen der Abgasleitung zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle. Das bedeutet, dass das um die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung herumgeführte Abgas an der Einmündungsstelle eine niedrigere Temperatur aufweist als das Abgas, welches die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmt hat. Zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle liegen insoweit ein erster Abgasstrom durch die Abgasleitung und ein zweiter Abgasstrom durch die Bypassleitung vor. Vorzugsweise kann zumindest der Abgasmassenstrom des zweiten Abgasstroms gleich Null betragen, nämlich bei vollständig versperrter Bypassleitung.
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Stromaufwärts der Abzweigstelle liegt ein Abgasstrom vor, der an der Abzweigstelle in den ersten Abgasstrom und den zweiten Abgasstrom aufgeteilt wird beziehungsweise aufgeteilt werden kann. An der Einmündungsstelle werden der erste Abgasstrom und der zweite Abgasstrom wieder zu dem Abgasstrom zusammengeführt. Bei versperrter Bypassleitung entspricht der Abgasmassenstrom des ersten Abgasstroms dem Abgasmassenstrom des Abgasstroms stromaufwärts der Abzweigstelle.
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Wie vorstehend bereits erläutert, weist der erste Abgasstrom an der Einmündungsstelle eine höhere Temperatur auf als der zweite Abgasstrom. Entsprechend stellt sich durch das Zusammenführen des ersten Abgasstroms und des zweiten Abgasstroms an der Einmündungsstelle eine Abgastemperatur ein, welche von der Temperatur des ersten Abgasstroms und der Temperatur des zweiten Abgasstroms abhängt, insbesondere zwischen diesen liegt, zumindest sofern die Bypassleitung von Abgas durchströmt wird, also zumindest teilweise freigegeben ist.
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Das bedeutet schlussendlich, dass durch das Umgehen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der schaltbaren Bypassleitung die Abgastemperatur stromabwärts der Einmündungsstelle einstellbar ist. Dies wird vorzugsweise derart durchgeführt, dass die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung möglichst rasch auf ihre Betriebstemperatur gebracht wird beziehungsweise möglichst lang auf dieser gehalten wird. Hieraus ergibt sich ein optimierter Betrieb der zweiten Nachbehandlungseinrichtung, aufgrund welchem bevorzugt auf die vorstehend erwähnte weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung verzichtet werden kann. Entsprechend ist in diesem Fall beispielsweise die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung über die Abgasleitung unmittelbar mit dem Endrohr verbunden. Insbesondere ist zwischen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung und dem Endrohr keine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet.
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Hieraus resultiert eine deutliche Bauraum- und Kosteneinsparung bei gleichzeitig effektiver Nachbehandlung des Abgases. Zudem kann durch das Umgehen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der Bypassleitung die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung thermisch entlastet werden. Entsprechend kann die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem geringeren Volumen ausgeführt werden, insbesondere mit einem kleineren Volumen als die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung. Besonders bevorzugt ist also ein effektives Volumen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung größer als ein effektives Volumen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung.
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Aufgrund des kleineren Volumens der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung wird eine geringere Masse erzielt, sodass bei einem Betrieb der Abgasnachbehandlungsanlage beziehungsweise der Brennkraftmaschine ein rascheres Erreichen der Betriebstemperatur der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung sichergestellt ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Effektivität der Abgasnachbehandlungsanlage erreicht, nämlich insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung über ein Querschnittsverstellelement an die Abgasleitung angeschlossen ist, insbesondere stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Querschnittsverstellelement kann grundsätzlich an beliebiger Stelle zwischen der Bypassleitung und der Abgasleitung vorliegen, also entweder an der Abzweigstelle oder der Einmündungsstelle. In ersterem Fall ist das Querschnittsverstellelement stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Alternativ kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass das Querschnittsverstellelement in der Abgasleitung vorliegt. In jedem Fall wird ein effektives Einstellen des Durchströmungsquerschnitts der Bypassleitung erzielt.
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Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Strömungsweg durch die Bypassleitung länger ist als ein Strömungsweg zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle durch die Abgasleitung. Für den ersten Abgasstrom und den zweiten Abgasstrom stellen sich unterschiedliche Strömungswege ein. Der Strömungsweg des ersten Abgasstroms liegt zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle vor und verläuft durch die Abgasleitung. Der Strömungsweg des zweiten Abgasstroms hingegen liegt zwar ebenfalls zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle vor, verläuft jedoch durch die Bypassleitung. Um eine hinreichende Abkühlung des Abgases bei seinem Durchströmen der Bypassleitung zu erzielen, soll nun der Strömungsweg durch die Bypassleitung länger sein als der Strömungsweg durch die Abgasleitung, nämlich jeweils zwischen der Abzweigstelle und der Einmündungsstelle. Durch den längeren Strömungsweg wird eine besonders effektive Abkühlung des die Bypassleitung durchströmenden Abgases erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Bypassleitung eine Kühleinrichtung zur Kühlung des Abgases zugeordnet ist. Die Kühleinrichtung kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, solange sie dem Kühlen des die Bypassleitung durchströmenden Abgases dient. Beispielsweise liegt die Kühleinrichtung in Form eines Abgaswärmeübertragers vor oder weist einen solchen zumindest auf. Es kann auch vorgesehen sein, die Bypassleitung unmittelbar mit Kühlluft anzuströmen, beispielsweise mittels eines Ventilators beziehungsweise Lüfters. Die Kühleinrichtung ist derart ausgestaltet, dass das Abgas nach dem Durchströmen der Bypassleitung an der Einmündungsstelle eine geringere Temperatur aufweist als das Abgas, welches die Abgasleitung durchströmt hat. Hierdurch wird ein besonders effektives Einstellen der Abgastemperatur an der Einmündungsstelle erzielt, sodass die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung mit guter Genauigkeit auf ihre Betriebstemperatur eingestellt werden kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Bypassleitung derart ausgebildet ist, dass bei freigegebener Bypassleitung ein Abgasmassenstrom durch die Bypassleitung mindestens einem Abgasmassenstrom durch die Abgasleitung entspricht. Bei freigegebener beziehungsweise vollständig freigegebener Bypassleitung soll also der Abgasmassenstrom durch die Bypassleitung mindestens so groß sein wie der Abgasmassenstrom durch die Abgasleitung. In anderen Worten wird in diesem Fall das Abgas an der Abzweigstelle gleichmäßig auf die Abgasleitung und die Bypassleitung aufgeteilt. Besonders bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass bei vollständig freigegebener Bypassleitung der Abgasmassenstrom durch die Bypassleitung größer ist als der Abgasmassenstrom durch die Abgasleitung.
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Beispielsweise durchströmt bei vollständig freigegebener Bypassleitung lediglich ein Teil des Abgases die Abgasleitung, nämlich vorzugsweise höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 %, höchstens 10 % oder höchstens 5 %. Es kann auch vorgesehen sein, dass bei vollständig freigegebener Bypassleitung die Abgasleitung versperrt ist, sodass das gesamte Abgas ausgehend von der Abzweigstelle die Bypassleitung durchströmt. Beispielsweise kann hierdurch ein Überhitzen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung verhindert werden. Die beschriebene Ausgestaltung der Bypassleitung dient dazu, auf besonders effektive Art und Weise die Temperatur des Abgases an der Einmündungsstelle einzustellen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Bypassleitung einen Durchströmungsquerschnitt aufweist, der mindestens so groß ist wie ein Durchströmungsquerschnitt der Abgasleitung. Unter dem Durchströmungsquerschnitt ist jeweils der minimale Querschnitt über die gesamte Längserstreckung der jeweiligen Leitung zu verstehen. Der Durchströmungsquerschnitt stellt insoweit ein Maß für den Massenstrom durch die jeweilige Leitung bei gegebenen Druckverhältnissen dar. Der Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung soll nun mindestens so groß sein wie der Durchströmungsquerschnitt der Abgasleitung, um einen relevanten Anteil des Abgases durch die Bypassleitung führen zu können, nämlich vorzugsweise ebenso viel wie durch die Abgasleitung. In anderen Worten ist der Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung bevorzugt derart gewählt, dass bei vollständig freigegebener Bypassleitung der Abgasmassenstrom durch die Bypassleitung mindestens dem Abgasmassenstrom durch die Abgasleitung entspricht.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung als Oxidationskatalysator und/oder als Speicherkatalysator und/oder die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung als SCR-Katalysator ausgebildet ist. Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung kann insoweit als Oxidationskatalysator, als Speicherkatalysator oder als kombinierter Oxidations- und Speicherkatalysator ausgebildet sein.
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Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt hingegen bevorzugt als SCR-Katalysator vor. Der SCR-Katalysator kann integriert mit einem Partikelfilter ausgeführt sein. Auf diese Art und Weise wird eine besonders effektive Nachbehandlung des Abgases erzielt.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass dem SCR-Katalysator eine Einbringvorrichtung zur stromaufwärtigen Einbringung eines Reduktionsmittels zugeordnet ist. Zur Durchführung der selektiven katalytischen Reduktion mittels des SCR-Katalysators ist es notwendig, stromaufwärts des SCR-Katalysators ein Reduktionsmittel in das Abgas einzubringen, insbesondere einzusprühen. Hierzu ist die Einbringvorrichtung vorgesehen. Das Einbringen des Reduktionsmittels erfolgt in jedem Fall stromaufwärts des SCR-Katalysators, also stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung. Vorzugsweise wird das Reduktionsmittel strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung in das Abgas eingebracht. Das Einbringen des Reduktionsmittels kann hierbei stromaufwärts oder stromabwärts der Einmündungsstelle erfolgen. In ersterem Fall ist eine zuverlässige Thermolyse des Reduktionsmittels sichergestellt, weil das Abgas des ersten Abgasstroms stromaufwärts der Einmündungsstelle eine höhere Temperatur aufweist als das Abgas des zweiten Abgasstroms.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, mit einer Brennkraftmaschine sowie einer Abgasnachbehandlungsanlage zur Nachbehandlung von Abgas der Brennkraftmaschine, insbesondere einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage strömungstechnisch an einen Abgasauslass der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, und wobei die Abgasnachbehandlungsanlage eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und eine bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungsanlage stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist.
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Dabei ist vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels einer schaltbaren Bypassleitung umgehbar ist, die an einer Abzweigstelle stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung aus einer Abgasleitung abzweigt und strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung an einer Einmündungsstelle in die Abgasleitung einmündet.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch die Abgasnachbehandlungsanlage können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein.
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Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage zur Nachbehandlung von Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Abgasnachbehandlungsanlage gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Abgasnachbehandlungsanlage eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und eine bezüglich einer Hauptströmungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungsanlage stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels einer schaltbaren Bypassleitung umgehbar ist, die an einer Abzweigstelle stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung aus einer Abgasleitung abzweigt und strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung an einer Einmündungsstelle in die Abgasleitung einmündet, wobei ein Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung in Abhängigkeit von einer Abgastemperatur des Abgases eingestellt wird.
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Zu möglichen vorteilhaften Ausgestaltungen der Abgasnachbehandlungsanlage sowie des Verfahrens zu ihrem Betreiben wird erneut auf die weiteren Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung hingewiesen.
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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 einer Antriebseinrichtung mit einer Abgasnachbehand lungsan lage.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt über eine Brennkraftmaschine 2 sowie eine Abgasnachbehandlungsanlage 3. Die Brennkraftmaschine 2 weist mehrere Zylinder 4 auf, die einerseits an ein Saugrohr 5 und andererseits an einen Abgaskrümmer 6 strömungstechnisch angeschlossen sind. Das Saugrohr 5 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Abgasturbolader 7, genauer über einen Verdichter 8 des Abgasturboladers 7, und/oder einen Luftfilter 9 an einen Lufteinlass 10 strömungstechnisch angeschlossen. Der Abgaskrümmer 6 ist auf seiner den Zylindern 4 strömungstechnisch abgewandten Seite an eine Turbine 11 des Abgasturboladers 7 angeschlossen und über diese wiederum an die Abgasnachbehandlungsanlage 3. An dem Abgasturbolader 7 beziehungsweise dessen Turbine 11 liegt insoweit in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ein Abgasauslass 12 der Brennkraftmaschine 2 vor.
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An den Abgasauslass 12 ist eine Abgasleitung 13 strömungstechnisch angeschlossen, welche Bestandteil der Abgasanlage 3 ist. In der Abgasleitung 13 sind eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 sowie eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 angeordnet. Über die Abgasleitung 13 ist der Abgasauslass 12 vorzugsweise mit einem Endrohr 16 strömungstechnisch verbunden, wie hier beispielhaft dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 beispielsweise als Oxidationskatalysator und/oder als Speicherkatalysator vor. Die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 ist hingegen bevorzugt als SCR-Katalysator ausgebildet. Entsprechend ist strömungstechnisch stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 eine Einbringvorrichtung 17 zur Einbringung eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung 13 vorgesehen und angeordnet.
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Die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 ist mittels einer schaltbaren Bypassleitung 18 von zumindest einem Teil des der Abgasnachbehandlungsanlage 3 zugeführten Abgases umgehbar. Die Bypassleitung 18 zweigt zu diesem Zweck an einer Abzweigstelle 19 von der Abgasleitung 13 ab und mündet an einer Einmündungsstelle 20 wieder in sie ein. Die Abzweigstelle 19 ist hierbei stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 und die Einmündungsstelle 20 stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14, nämlich strömungstechnisch zwischen der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15, angeordnet.
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Vorzugsweise ist die Bypassleitung 18 über ein Querschnittsverstellelement 21 an die Abgasleitung 13 angeschlossen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Querschnittsverstellelement 21 stromaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 vor. Das Querschnittsverstellelement 21 liegt zum Beispiel als Stellventil oder dergleichen vor. Mittels des Querschnittsverstellelements 21 sind ein Durchströmungsquerschnitt der Bypassleitung 18 und mithin ein Abgasmassenstrom durch die Bypassleitung 18 einstellbar.
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Es ist erkennbar, dass ein Strömungsweg zwischen der Abzweigstelle 19 und der Einmündungsstelle 20 durch die Bypassleitung 18 länger ist als ein Strömungsweg zwischen der Abzweigstelle 19 und der Einmündungsstelle 20 durch die Abgasleitung 13. Hierdurch wird eine stärkere Abkühlung des durch die Bypassleitung 18 geführten Abgases im Vergleich mit dem durch die Abgasleitung 13 geführten Abgases erzielt. An der Einmündungsstelle 20 werden also Abgasströme miteinander vermengt, welche unterschiedliche Temperaturen aufweisen, wobei insbesondere der durch die Bypassleitung 18 geführte Abgasstrom eine geringere Temperatur aufweist als der durch die Abgasleitung 13 geführte Abgasstrom.
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Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Bypassleitung 18 eine Kühleinrichtung zur Kühlung des durch sie geführten Abgases zugeordnet ist. Die Einbringvorrichtung 17 ist vorzugsweise zur Einbringung des Reduktionsmittels stromaufwärts der Einmündungsstelle 20 vorgesehen und ausgebildet. Alternativ kann sie jedoch auch zur Einbringung des Reduktionsmittels stromabwärts der Einmündungsstelle 20 oder an der Einmündungsstelle 20 vorgesehen und ausgebildet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt die Brennkraftmaschine 2 optional über eine Hochdruckabgasrückführung 22 und eine Niederdruckabgasrückführung 23.
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Die beschriebene Antriebseinrichtung 1 hat den Vorteil, dass die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung 15 über weite Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine 2 hinweg bei ihrer Betriebstemperatur betrieben wird beziehungsweise betrieben werden kann. So wird sie zum einen schneller auf ihre Betriebstemperatur gebracht und zum anderen länger auf der Betriebstemperatur gehalten, sodass über weitere Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine 2 hinweg eine effektive Nachbehandlung des Abgases ermöglicht wird. Zudem kann auf eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung, beispielsweise stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 15, verzichtet werden, sodass Bauraum und Kosten der Antriebseinrichtung 1 verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005015479 A1 [0002]
