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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxid-Emissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren, insbesondere einen NOx-Speicherkatalysator, aufweisen. Als Reduktionsmittel für den SCR-Katalysator wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
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Bei Ottomotoren werden seit Einführung der Abgasnorm EU6 vorzugsweise Abgasnachbehandlungssysteme verwendet, welche mindestens einen Drei-Wege-Katalysator und einen Partikelfilter aufweisen.
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Immer effizienter werdende Verbrennungsmotoren führen zu niedrigeren Abgastemperaturen. Das verzögert das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors. Um zeitnah nach einem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Verringerung der Emissionen zu ermöglichen, sind aktive Heizmittel in der Abgasanlage bekannt, mit welchen zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente beheizt wird. Als Heizmittel sind insbesondere elektrisch beheizbare Katalysatoren und Abgasbrenner bekannt, mit welchen eine Abgasnachbehandlungskomponenten im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors beheizt werden kann. Abgasbrenner benötigen vergleichsweise viel Bauraum und sind zudem deutlich teurer als elektrisch beheizbare Katalysatoren. Elektrisch beheizbare Katalysatoren bieten die Möglichkeit, die Abgastemperatur vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungskomponente nennenswert zu erhöhen. Für einen ausfallsicheren Betrieb ist ein minimaler Gasstrom durch den elektrisch beheizbaren Katalysator notwendig, um die durch das elektrische Heizelement erzeugte Wärme vom elektrisch beheizbaren Katalysator abführen zu können und somit zu verhindern, dass sich der elektrisch beheizbare Katalysator lokal überhitzt und dauerhaft geschädigt wird.
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Aus der
DE 10 2011 112 988 A1 ist eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt. Dabei ist stromabwärts eines Dosierventils zur Eindosierung einer wässrigen Harnstofflösung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden und stromaufwärts eines SCR-Katalysators ein Verdampfungselement angeordnet, auf welche die wässrige Harnstofflösung bei einer Eindosierung in den Abgaskanal auftrifft, um das Verdampfen der Harnstofflösung zu begünstigen.
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Die
DE 10 2019 106 773 A1 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage, wobei stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers ein elektrisch beheizbarer Katalysator, stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators ein Oxidationskatalysator und weiter stromabwärts ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden. Stromabwärts des Partikelfilters kann ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet sein. Stromabwärts des Partikelfilters zweigt eine Niederdruckabgasrückführung aus dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors ab. Stromabwärts der Verzweigung ist eine Abgasklappe vorgesehen, mit welcher der Abgasgegendruck im Abgaskanal erhöht werden kann, um die über die Niederdruckabgasrückführung zurückgeführte Abgasmenge zu steuern.
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Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass der elektrisch beheizbare Katalysator aufgrund des Abgasgegendrucks und der durch die stromaufwärts gelegenen Bauteile der Abgasanlage hervorgerufene turbulente Strömung ungleichmäßig durchströmt wird, so dass sich Zonen bilden können, in welchen der elektrisch beheizbare Katalysator unzureichend durchströmt wird, um die Wärme des elektrischen Heizelements abzuführen. Dies kann zu einer lokalen Überhitzung und einer thermischen Schädigung des elektrisch beheizbaren Katalysators führen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Wärmeabfuhr bei einem elektrisch beheizbaren Katalysator zu verbessern und insbesondere eine lokale Überhitzung zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor umfassend eine Abgasanlage mit einem Abgaskanal, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch den Abgaskanal ein motornaher erster Katalysator und stromabwärts des motornahen ersten Katalysators eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet sind, gelöst. Dabei ist an dem motornahen ersten Katalysator ein elektrisch beheizbarer Katalysator mit einem elektrischen Heizelement vorgesehen. Dieser kann stromaufwärts, im oder stromabwärts des Katalysators angeordnet sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Abgaskanalsegment stromabwärts des motornahen ersten Katalysators und stromaufwärts der weiteren Abgasnachbehandlungskomponente ein Strömungsführungselement zur Reduzierung des Abgasgegendruck angeordnet ist. Unter einem motornahen ersten Katalysator ist in diesem Zusammenhang ein Katalysator zu verstehen, welcher in der Abgasanlage mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80cm, vorzugsweise von weniger als 50cm, von einem Auslass des Verbrennungsmotors beabstandet ist. Durch ein Strömungsführungselement in dem Abgaskanalsegment stromabwärts des motornahen ersten Katalysators kann der Staudruck in diesem Bereich reduziert werden. Dadurch kann erreicht werden, dass der elektrisch beheizbare Katalysator und der motornahe erste Katalysator gleichmäßiger über ihren jeweiligen Querschnitt durchströmt werden. Dadurch kann eine verbesserte Wärmeabfuhr aus dem elektrisch beheizbaren Katalysator und eine verbesserte konvektive Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator auf den motornahen ersten Katalysator erreicht werden. Somit wird die Gefahr einer lokalen Überhitzung des elektrisch beheizbaren Katalysators verringert, welche ansonsten zu einer thermischen Schädigung des elektrisch beheizbaren Katalysators durch lokale Aufschmelzungen führen kann. Durch die verbesserte Wärmeübertragung wird zudem das Aufheizen des motornahen ersten Katalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors beschleunigt, sodass dieser Katalysator schneller seine Light-Off-Temperatur erreicht. Dadurch können die Kaltstartemissionen verringert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Abgasnachbehandlungssystems möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Abgaskanal in dem Abgaskanalsegment stromabwärts des motornahen ersten Katalysators und stromaufwärts der weiteren Abgasnachbehandlungskomponente mindestens ein Umlenkelement aufweist, welches den Abgasstrom um mindestens 60°, vorzugsweise um mindestens 90° besonders bevorzugt um mindestens 150° umlenkt, wobei das Strömungsführungselement im Bereich des mindestens einen Umlenkelements angeordnet ist. In Kraftfahrzeugen ist der vorhandene Bauraum in einem Motorraum der Karosserie begrenzt. Durch den Verbrennungsmotor, das Getriebe, Kühler und Nebenaggregate ist oft eine sehr kompakte Anordnung des Verbrennungsmotors und seines Abgasnachbehandlungssystems notwendig, welches eine Umlenkung des Abgasstroms stromabwärts des motornahen ersten Katalysators erfordert. Diese Umlenkung erzeugt in der Regel einen Staudruck, welcher sich negativ auf die Durchströmung des elektrisch beheizbaren Katalysators und des motornahen ersten Katalysators auswirkt. Daher ist es insbesondere bei einer Umlenkung des Abgasstroms sinnvoll, den Abgasstrom zu führen, um die Verluste bei der Umlenkung des Abgasstroms und die daraus resultierende Erhöhung des Abgasgegendrucks zu minimieren. Das Strömungselement sollte dabei so ausgeführt sein, dass ein minimaler Strömungswiderstand erreicht wird, der Abgasstrom jedoch vorzugsweise über den kompletten Querschnitt des Abgaskanals näherungsweise homogen verteilt wird. Durch die verbesserte Gleicherteilung werden unterversorgte Zonen im elektrisch beheizbaren Katalysator mit einem zu geringen Massenstrom vermieden, welche ansonsten zu einer lokalen thermischen Überlastung des elektrisch beheizbaren Katalysators führen könnten. Ferner kann die volle Leistung des elektrisch beheizbaren Katalysators genutzt werden, da kein Leistungsvorbehalt für die unterversorgten Zonen des elektrisch beheizbaren Katalysators berücksichtigt werden muss. Dies führt zu einem schnelleren Aufheizen des motornahen ersten Katalysators und somit zu einer Verringerung der Kaltstartemissionen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strömungsführungselement als ein Leitblech ausgeführt ist. Durch Leitbleche kann der Abgasstrom im Bereich einer Umlenkung besonders effizient geführt werden, sodass sich ein Aufstauen des Abgasstroms im Bereich des Umlenkelements vermieden wird.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das Leitblech mehrere über den Querschnitt des Abgaskanal angeordnete Leitschaufeln aufweist. Dadurch kann der Abgasstrom besonders effizient und gleichmäßig umgelenkt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der motornahe erste Katalysator ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator und die weitere Abgasnachbehandlungskomponente ein Partikelfilter oder ein SCR-Katalysator ist. Bei einem Dieselmotor ist bevorzugt als erste Abgasnachbehandlungskomponente ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator vorgesehen. Um zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors unverbrannte Kohlenwasserstoffe in Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf konvertieren zu können, ist es sinnvoll, dass dieser elektrisch beheizbar ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der motornahe erste Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator und die weitere Abgasnachbehandlungskomponente ein Partikelfilter, ein Vier-Wege-Katalysator oder ein weiterer Drei-Wege-Katalysator ist. Bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor kann ein Anstieg des Abgasgegendrucks zu Leistungseinbußen sowie zu einem schlechteren Zündverhalten des Kraftstoff-Luft-Gemischs führen. Da ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor besonders sensibel auf eine Erhöhung des Abgasgegendrucks reagiert, ist bei einem solchen fremdgezündeten Verbrennungsmotor besonders vorteilhaft, den Abgasgegendruck stromabwärts des motornahen ersten Katalysators durch ein entsprechendes Strömungsführungselement zu reduzieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elektrische Heizelement eine Heizleistung von mindestens 1,5KW, bevorzugt von mindestens 2,5KW, besonders bevorzugt von mindestens 3KW aufweist. Um den motornahen ersten Katalysator möglichst schnell auf seine Light-Off-Temperatur aufzuheizen, ist eine möglichst hohe Heizleistung erstrebenswert. Um den motornahen ersten Katalysator zeitnah auf seine Light-Off-Temperatur aufzuheizen, ist daher eine Heizleistung von mindestens 1,5KW notwendig, um zusätzlich zu der im Abgasstrom des Verbrennungsmotors enthaltenen Enthalpie Wärme in den motornahen ersten Katalysator einzubringen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass das elektrische Heizelement unmittelbar durch einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator mit Strom versorgt wird. Dadurch kann die zur Stromversorgung des elektrischen Heizelements notwendige Leistung direkt durch den Generator erzeugt werden, sodass eine Batterie entlastet wird. Dies ist insbesondere bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeuges bei Umgebungstemperaturen von weniger als 0°C hilfreich, da mit sinkenden Umgebungstemperaturen auch die Leistungsfähigkeit der Batterie abnimmt.
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Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass das elektrische Heizelement durch eine Batterie eines Kraftfahrzeuges mit Strom versorgt wird. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen sind Batterien mit hoher Leistungsdichte verbaut. In diesem Fall kann die Batterie bei hinreichendem Ladezustand auch ohne einen Generator die Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators sicherstellen.
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Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem, wobei ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors stromabwärts eines motornahen ersten Katalysators durch ein Strömungsführungselement derart geführt wird, dass der Abgasgegendruck in der Abgasanlage stromabwärts des motornahen ersten Katalysators verringert wird. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann betriebssicher eine thermische Schädigung des elektrisch beheizbaren Katalysators verhindert werden. Zudem können die Kaltstartemissionen auch gegenüber aus dem Stand der Technik bereits bekannten Abgasnachbehandlungssystemen mit elektrisch beheizbarem Katalysator verringert werden, da die Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator auf den nachgeschalteten motornahen ersten Katalysator durch die Vergleichmäßigung des Abgasstroms verbessert wird.
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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. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den Zeichnungen mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist als direkteinspritzender Dieselmotor 10 ausgeführt und weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, in denen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Einlass auf, über welchen den Brennräumen 12 Frischluft zugeführt wird. An jedem Brennraum 12 ist ein Kraftstoffinjektor 14 angeordnet, um Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum 12 einzuspritzen und den Kraftstoff mit der Frischluft exotherm umzusetzen. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Abgaskrümmer 28 auf, welcher die Abgase der Brennräume 12 sammelt und einer gemeinsamen Abgasanlage 20 zuführt.
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Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch den ersten Abgaskanal 22 eine Turbine 26 eines Abgasturboladers 24 angeordnet ist. Der Abgasturbolader 24 ist vorzugsweise als Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 26 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 26 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 26 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 30, 32, 34, 38, 42, 44, 46 vorgesehen.
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Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 26 als motornaher erster Katalysator 30 ein Oxidationskatalysator 32 oder ein NOx-Speicherkatalysator 34 angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 32 oder des NOx-Speicherkatalysators 34 ist ein Partikelfilter 44 mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) angeordnet.
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Der Oxidationskatalysator 32 oder der NOx-Speicherkatalysator 34 umfasst einen elektrisch beheizbaren Katalysator 38, mit welchem ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 vor Eintritt in den Katalysator 32, 34 aufgeheizt werden kann. Alternativ kann dem Oxidationskatalysator 32 oder dem NOx-Speicherkatalysator 34 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 38 vorgeschaltet sein, um den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 vor Eintritt in den Oxidationskatalysator 32 oder den NOx-Speicherkatalysator 34 zu konditionieren. Stromabwärts des Partikelfilters 44 kann, vorzugsweise in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges ein zweiter SCR-Katalysator angeordnet sein. Alternativ zu einem Partikelfilter 44 kann die weitere Abgasnachbehandlungskomponente auch ein SCR-Katalysator 46 sein. Der elektrisch beheizbare Katalysator 38 umfasst ein elektrisches Heizelement 40, welches durch einen mit dem Verbrennungsmotor 10 koppelbaren Generator oder durch eine Batterie eines Kraftfahrzeuges mit Strom versorgt wird und den elektrisch beheizbaren Katalysator im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 aufheizt.
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Der Abgaskanal 22 weist in einem Abgaskanalsegment 52, welches den motornahen ersten Katalysator 30 mit der weiteren Abgasnachbehandlungskomponente 42 verbindet, einen Umlenkbereich 54, 56 auf, welches den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 um etwa 180° umlenkt. Dabei sind in dem Umlenkbereich 54, 56 ein erstes Umlenkelement 54 und ein zweites Umlenkelement 56 vorgesehen, welche den Abgasstrom um jeweils etwa 90° umlenken. Im Bereich des ersten Umlenkelements 56 ist in dem Abgaskanalsegment 52 ein Strömungsführungselement 58 angeordnet, welches die Strömungsverluste bei der Umlenkung minimiert. Das Strömungsführungselement 58 weist ein Leitblech 60 mit mehreren über den Querschnitt des Abgaskanals 22 verteilten Leitschaufeln 64 auf, um den Abgasstrom umzulenken und dabei den Staudruck im Bereich des ersten Umlenkelements 54 zu reduzieren. Dadurch wird erreicht, dass der elektrisch beheizbare Katalysator 38 und der motornahe erste Katalysator 30 gleichmäßiger durchströmt werden. Somit kann eine verbesserte Wärmeabfuhr aus dem elektrisch beheizbaren Katalysator 38 und damit verbunden eine verbesserte Wärmeübertragung des elektrischen Heizelements 40 erreicht werden.
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In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel als fremdgezündeter Verbrennungsmotors 10 nach dem Ottoprinzip ausgeführt. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Motorblock auf, in welchem eine Mehrzahl von Brennräumen 12 ausgebildet ist. An jedem Brennraum 12 ist ein Kraftstoffinjektor 14 angeordnet, um Kraftstoff in den Brennraum 12 einzuspritzen und dabei in feine Kraftstofftropfen zu zerstäuben. Ferner ist an jedem Brennraum 12 eine Zündkerze 16 angeordnet, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 zu entzünden. Der Verbrennungsmotor 10 weist einen Abgaskrümmer 28 auf, welcher den Verbrennungsmotor 10 mit einer Abgasanlage 20 verbindet. Dabei sammelt der Abgaskrümmer 28 die Abgase der Brennräume 12 und führt diese einem gemeinsamen Abgaskanal 22 der Abgasanlage 20 zu.
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Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 eine Turbine 26 ein Abgasturbolader 24, stromabwärts der Turbine 26 ein motornaher erster Katalysator 30 in Form eines Drei-Wege-Katalysators 36 oder eines Vier-Wege-Katalysators 50 und stromabwärts des motornahen ersten Katalysators 30 eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente 42 , insbesondere ein weiterer Drei-Wege-Katalysator 48, ein Vier-Wege-Katalysator 50 oder ein Partikelfilter 44 angeordnet ist. Stromabwärts der Turbine 26 des Abgasturboladers 24 und stromaufwärts des motornahen ersten Katalysators 30 ist ein elektrisch beheizbarer Katalysator 38 angeordnet, welcher ein elektrisches Heizelement 40 umfasst.
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Der Abgaskanal 22 weist in einem Abgaskanalsegment 52, welches den motornahen ersten Katalysator 30 mit der weiteren Abgasnachbehandlungskomponente 42 verbindet, einen Umlenkbereich 54, 56 auf, welches den Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 um etwa 180° umlenken. Dabei sind in dem Umlenkbereich 54, 56 ein erstes Umlenkelement 54 und ein zweites Umlenkelement 56 vorgesehen, welche den Abgasstrom um jeweils etwa 90° umlenken. Im Bereich des ersten Umlenkelements 56 ist in dem Abgaskanalsegment 52 ein Strömungsführungselement 58 angeordnet, welches die Strömungsverluste bei der Umlenkung minimiert. Das Strömungsführungselement 58 weist ein Leitblech 60 mit mehreren über den Querschnitt des Abgaskanals 22 verteilten Leitschaufeln 64 auf, um den Abgasstrom umzulenken und dabei den Staudruck im Bereich des ersten Umlenkelements 54 zu reduzieren. Dadurch wird erreicht, dass der elektrisch beheizbaren Katalysator 38 und der motornahe erste Katalysator 30 gleichmäßiger durchströmt werden. Somit kann eine verbesserte Wärmeabfuhr aus dem elektrisch beheizbaren Katalysator 38 und damit verbunden eine verbesserte Wärmeübertragung des elektrischen Heizelements 40 erreicht werden.
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Durch die verbesserte Wärmeabfuhr wird betriebssicher vermieden, dass es zu einer lokalen thermischen Schädigung des elektrisch beheizbaren Katalysators 38 kommt. Eine solche thermische Schädigung kann insbesondere zu einem lokalen Aufschmelzen des elektrischen Heizelements 40 oder seiner Tragstruktur führen und bis zu einem Totalausfall des elektrisch beheizbaren Katalysators 38 führen.
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Durch die effizientere Umlenkung des Abgasstroms im Bereich des ersten Umlenkelements 54 kann zudem der Abgasgegendruck verringert werden, wodurch der Verbrauch des Verbrennungsmotors gesenkt werden kann und/oder die Leistung erhöht werden kann. Zudem wird durch die effizientere Wärmeübertragung das Aufheizen des motornahen ersten Katalysators 30 beschleunigt, wodurch die Kaltstartemissionen verringert werden können.
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Alternativ zur Anordnung an einer Umlenkung kann das Strömungsführungselement 58 auch im Bereich eines Diffusors des Abgaskanals 20 angeordnet sein, um im Bereich des Diffusors Strömungsablösungen und somit eine Erhöhung des Abgasgegendrucks zu vermeiden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennraum
- 14
- Kraftstoffinjektor
- 16
- Zündkerze
- 18
- Auslass
- 20
- Abgasanlage
- 22
- Abgaskanal
- 24
- Abgasturbolader
- 26
- Turbine
- 28
- Abgaskrümmer
- 30
- motornaher erster Katalysator
- 32
- Oxidationskatalysator
- 34
- NOx-Speicherkatalysator
- 36
- Drei-Wege-Katalysator
- 38
- elektrisch beheizbarer Katalysator
- 40
- elektrisches Heizelement
- 42
- weitere Abgasnachbehandlungskomponente
- 44
- Partikelfilter
- 46
- SCR-Katalysator
- 48
- Drei-Wege-Katalysator
- 50
- Vier-Wege-Katalysator
- 52
- Abgaskanalsegment
- 54
- erstes Umlenkelement
- 56
- zweites Umlenkelement
- 58
- Strömungsführungselement
- 60
- Leitblech
- 62
- Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011112988 A1 [0005]
- DE 102019106773 A1 [0006]
