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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Leitung, die einen Abgasströmungskanal definiert, wobei die Leitung ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist und so geformt ist, dass sie Abgas von dem stromaufwärtigen Ende zu dem stromabwärtigen Ende leitet, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens eine Reinigungseinheit aufweist, wobei die bzw. jede Reinigungseinheit in der Leitung angeordnet ist und Folgendes aufweist:
- - eine Abgasreinigungskomponente, die in dem Abgasströmungskanal angeordnet ist, und
- - mindestens einen Mischer, der stromaufwärts der Abgasreinigungskomponente angeordnet ist,
wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens eine Einspritzdüse aufweist, die zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Strömungskanal ausgebildet ist.
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Abgasreinigungsvorrichtungen werden hauptsächlich in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, wie etwa in Kraftfahrzeugen verwendet.
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Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren sind dafür bekannt, Stickoxide, die auch als „NOx“ bekannt sind, zu bilden. Diese können eine wesentliche Ursache für Luftverschmutzung darstellen, da sie zur Bildung von saurem Nebel und Regen beitragen und das bodennahe Ozon beeinträchtigen. Es ist daher wünschenswert, das in den Abgasen aus diesen Motoren enthaltene NOx zu entfernen.
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Zu diesem Zweck wurde ein als „selektive katalytische Reduktion“ (SCR) bekanntes Verfahren entwickelt, bei dem Ammoniak dazu verwendet wird, NOx in unschädliche Partikel wie Stickstoff N2 und Wasser H2O zu reduzieren. Die gängigste Weise, dieses Verfahren auszuführen, besteht darin, ein flüssiges Mittel auf Harnstoffbasis in die Abgasleitung einzuspritzen, das mit dem Abgas vermischt und unter Bildung von Ammoniak zersetzt wird, bevor das Gemisch aus Abgas und Ammoniak durch eine Reinigungskomponente strömt, in der das Ammoniak das NOx zu Stickstoff reduziert.
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Jede Reinigungskomponente ist spezifisch zur Ansammlung einer aus dem Reduktionsmittel gebildeten Ammoniakmenge vorgesehen.
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Zur Verbesserung der Reinigungsleistung der Reinigungsvorrichtung und insbesondere zur Steigerung der Ammoniakspeicherfähigkeit dieser Vorrichtung ist bekannt, eine Vorrichtung mit zwei Reinigungskomponenten zu verwenden, welche als stromaufwärtige Reinigungskomponente und stromabwärtige Reinigungskomponente bezeichnet werden.
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Eine derartige Reinigungsvorrichtung ist jedoch nicht vollständig zufriedenstellend. Das Abgas und das Reduktionsmittel neigen in der Tat dazu, entlang der Abgasleitung abzukühlen, und die Temperatur des Gemischs aus Abgas und Reduktionsmittel ermöglicht nicht immer eine hohe Ansammlung von aus dem Reduktionsmittel gebildetem Ammoniak in den Reinigungskomponenten und/oder eine gute Verarbeitung des Abgases durch die Reinigungskomponenten.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht dann darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer verbesserten Leistung bereitzustellen, mit der insbesondere für alle die Abgase produzierenden Betriebszustände des Motors eine größere Menge Reduktionsmittel eingespritzt werden kann.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung wie erläutert, wobei die Reinigungsvorrichtung ein Heizelement für die Erwärmung des Abgases und des Reduktionsmittels aufweist, wobei das Heizelement stromaufwärts des Mischers der Reinigungseinheit oder einer der Reinigungseinheiten angeordnet ist.
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Die Verwendung eines Heizelements stromaufwärts eines Mischers ist für die Verbesserung der Verdampfungsfähigkeit des eingespritzten Reduktionsmittels besonders vorteilhaft. Eine derartige Reinigungsvorrichtung bietet dann eine verbesserte Reinigungsleistung, auch wenn die Temperatur des in die Reinigungsvorrichtung eintretenden Abgases niedrig ist.
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Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:
- - die Reinigungsvorrichtung weist mindestens zwei Reinigungseinheiten auf, wobei mindestens eine der Reinigungseinheiten ein Heizelement aufweist, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens zwei Einspritzdüsen aufweist;
- - das Heizelement umfasst eine katalytische Deckschicht, wobei das Heizelement zur Reinigung der Abgase vorgesehen ist;
- - das Heizelement umfasst einen Metallschaum, wobei der Schaum zur Erwärmung der Abgase vorgesehen ist;
- - die Vorrichtung weist zwei Reinigungseinheiten auf, die als stromaufwärtige Einheit und stromabwärtige Einheit bezeichnet werden, wobei die stromaufwärtige Einheit eine erste Einspritzdüse aufweist, wobei die erste Einspritzdüse stromaufwärts der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit angeordnet ist, wobei die stromabwärtige Einheit eine zweite Einspritzdüse und das Heizelement aufweist, wobei die zweite Einspritzdüse stromaufwärts der Reinigungskomponente der stromabwärtigen Einheit angeordnet ist, wobei das Heizelement zwischen der zweiten Einspritzdüse und der Reinigungskomponente der stromabwärtigen Einheit angeordnet ist;
- - die Vorrichtung weist zwei Reinigungseinheiten auf, die als stromaufwärtige Einheit und stromabwärtige Einheit bezeichnet werden, wobei die stromaufwärtige Einheit eine erste Einspritzdüse, eine zweite Einspritzdüse und das Heizelement aufweist, wobei die erste Einspritzdüse stromaufwärts der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit angeordnet ist, die zweite Einspritzdüse stromabwärts der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit angeordnet ist, das Heizelement zwischen der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit und der zweiten Einspritzdüse angeordnet ist;
- - die Vorrichtung weist zwei Reinigungseinheiten auf, die als stromaufwärtige Einheit und stromabwärtige Einheit bezeichnet werden, wobei die stromaufwärtige Einheit eine erste Einspritzdüse, eine zweite Einspritzdüse und das Heizelement aufweist, wobei die erste Einspritzdüse stromaufwärts der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit angeordnet ist, das Heizelement stromabwärts der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit angeordnet ist, die zweite Einspritzdüse zwischen der Reinigungskomponente der stromaufwärtigen Einheit und dem Heizelement angeordnet ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem einen Abgasstrang mit einem Verbrennungsmotor und einer wie oben beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung.
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Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einem derartigen Abgasstrang.
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Die Erfindung betrifft auch ein Abgasreinigungsverfahren, das von einer Reinigungsvorrichtung, wie beschrieben, umgesetzt wird und einen Kaltreinigungsschritt umfasst, bei dem die erste Einspritzdüse und die zweite Einspritzdüse das Reduktionsmittel einspritzen, wobei das Heizelement dann so aktiviert wird, dass es die in der Leitung zirkulierenden Abgase erwärmt.
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Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung umfasst das Reinigungsverfahren eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:
- - das Reinigungsverfahren umfasst nach dem Kaltreinigungsschritt einen Übergangsreinigungsschritt, bei dem nur die zweite Einspritzdüse das Reduktionsmittel einspritzt, wobei das Heizelement dann so aktiviert wird, dass es die in der Leitung zirkulierenden Abgase erwärmt; und
- - das Reinigungsverfahren umfasst nach dem Übergangsreinigungsschritt einen Warmreinigungsschritt, bei dem lediglich die zweite Einspritzdüse das Reduktionsmittel einspritzt, wobei das Heizelement dann dadurch deaktiviert wird, dass es die in der Leitung zirkulierenden Abgase nicht erwärmt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Abgasstrang;
- 2 eine schematische Darstellung einer Reinigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Reinigungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Reinigungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
- 5 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Abgasreinigungsverfahrens.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe stromaufwärts und stromabwärts hinsichtlich einer Strömungsrichtung eines Fluids ausgehend von einer Quelle definiert, wobei ein stromaufwärtiger Punkt näher an der Quelle der Strömung liegt als ein stromabwärtiger Punkt. Eine „Temperatur von etwa“ wird als Temperatur in einem Bereich von plus oder minus 10°C um die genannte Temperatur definiert.
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Abgasstrang 12. Der Abgasstrang 12 eignet sich z.B. zur Behandlung der Abgase eines Verbrennungsmotors 14, wie etwa eines Dieselmotors.
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Der Abgasstrang 12 ist z.B. ein Abgasstrang eines Fahrzeugs 10, insbesondere eines Kraftfahrzeugs wie etwa eines Autos, eines Busses oder eines Lastwagens. Alternativ handelt es sich bei dem Abgasstrang 12 um einen Abgasstrang einer festen Anlage.
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Der Abgasstrang 12 weist eine Abgasreinigungsvorrichtung 16 auf.
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Die Abgasreinigungsvorrichtung 16 ist zur Behandlung des Abgases des Verbrennungsmotors 14 und z.B. zum Entfernen der NOx aus dem Abgas des Motors 14 vorgesehen.
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Die Reinigungsvorrichtung 16 weist eine Leitung 18, mindestens eine Reinigungseinheit 20 und mindestens eine Einspritzdüse, vorzugsweise zwei Einspritzdüsen auf, die als erste Einspritzdüse 42 und zweite Einspritzdüse 44 bezeichnet werden.
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Die Leitung 18 weist ein stromaufwärtiges Ende 24 und ein stromabwärtiges Ende 26 auf.
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Das stromaufwärtige Ende 24 ist z.B. mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden. Alternativ ist das stromaufwärtige Ende 24 mit einer (nicht gezeigten) zusätzlichen Reinigungsvorrichtung verbunden.
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Das stromabwärtige Ende 26 führt z.B. zu einem Außenbereich des Fahrzeugs 10. Alternativ führt das stromabwärtige Ende 26 zu einer (nicht gezeigten) zusätzlichen Reinigungsvorrichtung.
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Die Leitung 18 definiert einen Abgasströmungskanal 28, der sich zwischen dem stromaufwärtigen Ende 24 und dem stromabwärtigen Ende 26 erstreckt. Der Strömungskanal 28 ist so geformt, dass er Abgase von dem stromaufwärtigen Ende 24 der Leitung 18 zu dem stromabwärtigen Ende 26 der Leitung 18 leitet.
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Jede Reinigungseinheit 20 ist in der Leitung 18 angeordnet. Jede Reinigungseinheit 20 besteht aus einer Reinigungskomponente 30, mindestens einem Mischer 32 und einer Lagermatte 33.
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Die Reinigungseinheit 16 weist ein Heizelement 34 auf.
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In der Variante, in der die Reinigungsvorrichtung 16 mehrere Reinigungseinheiten 20 aufweist, weist insbesondere mindestens eine der Reinigungseinheiten 20 z.B. ein Heizelement 34 auf.
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Mindestens eine der Reinigungseinheiten 20 weist eine der Einspritzdüsen 42, 44 der Reinigungsvorrichtung 16 auf.
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Jede Lagermatte 33 ist z.B. am Umfang der Reinigungseinheit 20 angeordnet, von der sie einen Teil bildet, und verbindet die Reinigungseinheit 20 radial in der Leitung 18.
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In jeder der Varianten, die in den 2 bis 4 gezeigt sind, besteht die Reinigungsvorrichtung 16 aus zwei Einspritzdüsen 42, 44, zwei Reinigungseinheiten 20 und einem Heizelement 34.
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Eine der beiden Reinigungseinheiten 20 wird als stromaufwärtige Einheit 36 bezeichnet und liegt stromaufwärts der anderen Reinigungseinheit 20, die als stromabwärtige Einheit 38 bezeichnet wird.
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Die stromaufwärtige Einheit 36 und die stromabwärtige Einheit 38 sind über einen Verbindungsabschnitt 40 verbunden. Die stromaufwärtige Einheit 36 und die stromabwärtige Einheit 38 sind längs der Leitung 18 vorzugsweise um mehr als 250 mm beanstandet. Der Abstand zwischen der stromaufwärtigen Einheit 36 und der stromabwärtigen Einheit 38 beträgt insbesondere zwischen 250 mm und 2000 mm.
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In einer nicht gezeigten Variante ist zwischen der stromaufwärtigen Einheit 36 und der stromabwärtigen Einheit 38 eine zusätzliche Reinigungsvorrichtung angeordnet.
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Die Länge der stromaufwärtigen Einheit 36 und die Länge der stromabwärtigen Einheit 38 längs der Leitung 18 beträgt vorzugsweise zwischen 50 mm und 300 mm.
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Jede Einspritzdüse 42, 44 ist so angeordnet, dass sie ein Reduktionsmittel in den Strömungskanal 28 einspritzt, wobei das Reduktionsmittel schematisch durch die gestrichelten Linien gezeigt ist, die in den 2 bis 4 mit den Einspritzdüsen 42, 44 verbunden sind. Das Reduktionsmittel ist insbesondere dazu vorgesehen, das im Abgas enthaltene NOx in unschädliches N2 Stickstoff umzuwandeln.
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In der in 2 gezeigten Variante weist die stromaufwärtige Einheit 36 die erste Einspritzdüse 42 auf, wobei die erste Einspritzdüse 42 stromaufwärts der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 angeordnet ist, und die stromabwärtige Einheit 38 weist die zweite Einspritzdüse 44 auf, wobei die zweite Einspritzdüse 44 stromaufwärts der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 angeordnet ist.
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In der in 2 gezeigten Variante sind die erste Einspritzdüse 42 und die zweite Einspritzdüse 44 so ausgebildet, dass sie das Reduktionsmittel zur Mitte der Leitung 18 einspritzen, beispielsweise mit einer Komponente in einer Richtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil.
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Jede Reinigungskomponente 30 ist im Abgasströmungskanal 28 angeordnet.
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Die Reinigungskomponente 30 ist vorzugsweise ein Träger zur selektiven katalytischen Reduktion, der nachfolgend als SCR- (selektive katalytische Reduktion) Träger bezeichnet wird. Die Reinigungskomponente 30 ist z.B. ein keramischer SCR-Träger.
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Die Reinigungskomponente 30 ist dazu vorgesehen, das Reduktionsmittel, das von mindestens einer der Einspritzdüsen 42, 44 eingespritzt wird, zu lagern und das Abgas mit dem aufgenommenen Reduktionsmittel zu reinigen. Das Reduktionsmittel wird z.B. als Ergebnis einer Zersetzung, bei der das Reduktionsmittel z.B. in Ammoniak umgewandelt wird, aufgenommen.
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Jeder Mischer 32 jeder Reinigungseinheit 20 ist stromaufwärts der Reinigungskomponente 30 der Reinigungseinheit 20 angeordnet.
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Jeder Mischer 32 ist stromabwärts einer der Einspritzdüsen 42, 44 angeordnet. In der Variante von 2 ist der Mischer 32 der stromaufwärtigen Einheit 36 stromabwärts der ersten Einspritzdüse 42 angeordnet, und der Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 ist stromabwärts der zweiten Einspritzdüse 44 angeordnet.
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Jeder Mischer 32 eignet sich zur Steigerung der Turbulenz des durch den Strömungskanal 28 zirkulierenden Abgases.
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Der Mischer 32 ist dazu vorgesehen, den Strom aus Abgas und Reduktionsmittel zu unterbrechen, um das Gemisch aus Reduktionsmittel und Abgas zu homogenisieren.
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Der Mischer 32 weist z.B. eine große Anzahl an Flügeln auf, die die Abgasströmung stören.
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Das Heizelement 34 ist dazu vorgesehen, das Abgas und das Reduktionsmittel insbesondere stromaufwärts einer Reinigungskomponente 30 zu erwärmen.
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Das Heizelement 34 ist stromaufwärts des Mischers 32 der Reinigungseinheit 20 oder einer der Reinigungseinheiten 20 angeordnet.
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Das Heizelement 34 umfasst einen Metallschaum, der sich im Strömungskanal 28 erstreckt und zur Erwärmung des Abgases und des Reduktionsmittels vorgesehen ist, die z.B. durch erzwungene Konvektion und Radiation durch den Metallschaum zirkulieren.
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Der Metallschaum besteht vorzugsweise aus einer Eisen-Chrom- Aluminiumlegierung (FeCrAI) oder einer Nickel-Chrom-Legierung (NiCr). Der Metallschaum hat eine Dichte zwischen 8 und 11 % und eine axial längs der Leitung 18 gemessene Dicke zwischen 5 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 30 mm.
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Der Metallschaum ist z.B. dazu vorgesehen, von einem elektrischen Strom durchflossen zu werden, um sich durch Joule-Effekt zu erwärmen und dadurch die Abgase und das Reduktionsmittel zu erwärmen.
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Die maximale elektrische Leistung, die dem Heizelement 34 zugeführt wird, beträgt z.B. zwischen 1 kW und 5 kW, vorzugsweise zwischen 2 und 4 kW.
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Das Heizelement 34 weist vorzugsweise eine katalytische Beschichtung auf. Das Heizelement 34 ist z.B. zur Reinigung von Abgasen vorgesehen.
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Bei der in 2 gezeigten Variante weist die stromabwärtige Einheit 38 das Heizelement 34 auf. Das Heizelement 34 ist dann zwischen der zweiten Einspritzdüse 44 und der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 angeordnet. Das Heizelement 34 liegt insbesondere zwischen der zweiten Einspritzdüse 44 und dem Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 axial längs der Leitung 18. Das Heizelement 34 eignet sich dann zur Erwärmung des Abgases und des mit der zweiten Einspritzdüse 44 eingespritzten Reduktionsmittels, bevor das Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel von dem Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 homogenisiert und anschließend von der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 gereinigt wird.
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Die in 3 veranschaulichte Variante unterscheidet sich von der in 2 veranschaulichten Variante lediglich durch das Nachfolgende. Ähnliche Komponenten haben die gleichen Bezugszeichen.
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Die stromaufwärtige Einheit 36 weist das Heizelement 34 auf, und die stromabwärtige Einheit 38 weist nicht das Heizelement 34 auf. Die stromaufwärtige Einheit 36 weist die zweite Einspritzdüse 44 auf, und die stromabwärtige Einheit 38 weist keine zweite Einspritzdüse 44 auf. Die erste Einspritzdüse 42 liegt stromaufwärts der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36, und die zweite Einspritzdüse 44 liegt stromabwärts der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36. Das Heizelement 34 ist zwischen der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 und der zweiten Einspritzdüse 44 angeordnet.
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Die stromaufwärtige Einheit 36 weist dann nacheinander von ihrem stromaufwärtigen Ende zu ihrem stromabwärtigen Ende Folgendes auf: die erste Einspritzdüse 42, den Mischer 32 der stromaufwärtigen Einheit 36, die Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36, das Heizelement 34 und die zweite Einspritzdüse 44.
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Die stromabwärtige Einheit 38 weist dann nacheinander von ihrem stromaufwärtigen Ende zu ihrem stromabwärtigen Ende Folgendes auf: den Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 und die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38.
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Die erste Einspritzdüse 42 und die zweite Einspritzdüse 44 sind so ausgebildet, dass sie das Reduktionsmittel zur Mitte der Leitung 18 einspritzen, die erste Einspritzdüse 42 z.B. mit einer Komponente in einer Richtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil und die zweite Einspritzdüse 44 z.B. mit einer Komponente in einer Richtung vom stromabwärtigen zum stromaufwärtigen Teil.
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Die in 4 veranschaulichte Variante unterscheidet sich von der in 3 veranschaulichten Variante lediglich durch das Nachfolgende. Ähnliche Komponenten haben die gleichen Bezugszeichen.
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Die zweite Einspritzdüse 44 ist stromaufwärts des Heizelements 34 angeordnet, so dass sie in der stromaufwärtigen Einheit 36 zwischen der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 und dem Heizelement 34 angeordnet ist.
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Die stromaufwärtige Einheit 38 weist dann nacheinander von ihrem stromaufwärtigen Ende zu ihrem stromabwärtigen Ende Folgendes auf: die erste Einspritzdüse 42, den Mischer 32 der stromaufwärtigen Einheit 36, die Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36, die zweite Einspritzdüse 44 und das Heizelement 34.
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Die stromabwärtige Einheit 38 weist dann nacheinander von ihrem stromaufwärtigen Ende zu ihrem stromabwärtigen Ende Folgendes auf: den Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 und die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38.
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Die erste Einspritzdüse 42 und die zweite Einspritzdüse 44 sind so ausgebildet, dass sie das Reduktionsmittel zur Mitte der Leitung 18 einspritzen, z.B. mit einer Komponente in einer Richtung vom stromaufwärtigen zum stromabwärtigen Teil.
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In einer nicht gezeigten Variante weist die Reinigungsvorrichtung 16 nur eine Reinigungseinheit 20 und nur eine Einspritzdüse 44 auf. Gemäß dieser Variante ist das Heizelement 34 z.B. in der Leitung 18 stromaufwärts der Reinigungseinheit 20 angeordnet. Alternativ weist die Reinigungseinheit 20 das Heizelement 34 auf, das in dieser Reinigungseinheit 20 stromaufwärts des Mischers 32 angeordnet ist.
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Es wird nun ein Abgasreinigungsverfahren 100 vorgestellt, das von einer wie zuvor beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung 16 umgesetzt wird. Die Reinigungsvorrichtung 16 ist z.B. wie zuvor beschrieben in einem Fahrzeug 10 angebracht.
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Das Verfahren 100 umfasst einen Kaltreinigungsschritt 110, auf den vorteilhafterweise ein Übergangsreinigungsschritt 120 und ein Warmreinigungsschritt 130 folgen.
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Wenn die Temperatur des Abgasstrangs 12 niedrig ist, z.B. nach dem Starten des Verbrennungsmotors 14, ist die Abgastemperatur niedrig und nimmt längs des Abgasstrangs 12 rasch ab. Wenn die Temperatur im Abgasstrang 12 niedrig ist, ist die Verdampfungskapazität des Mischers 32 der Reinigungseinheit 20 niedrig, und die Reinigungskomponente(n) 30 kann/können nur wenig Reduktionsmittel, das z.B. in Ammoniak umgewandelt wurde, aufnehmen. Es wird dann der Kaltreinigungsschritt 110 ausgelöst.
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Im Kaltreinigungsschritt 110 spritzt die erste Einspritzdüse 42 Reduktionsmittel in den Abgasströmungskanal 28. Das Heizelement 34 wird dann so aktiviert, dass es das Abgas und das Reduktionsmittel, die in der Leitung 18 zirkulieren, erwärmt.
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Die von dem Verbrennungsmotor 14 erzeugten Abgase werden unter Verwendung des Mischers 32 der stromaufwärtigen Einheit 36 mit dem von der ersten Einspritzdüse 42 eingespritzten Reduktionsmittel vermischt. Auch wenn in der stromaufwärtigen Einheit 36 kein Heizelement 34 vorhanden ist, gewährleistet die Nähe zwischen der stromaufwärtigen Einheit 36 und dem Verbrennungsmotor 14 einen raschen Temperaturanstieg der Abgase und des Reduktionsmittels, das in die stromaufwärtige Einheit 36 eingespritzt wurde. Die Abgase werden dann teilweise in der stromaufwärtigen Einheit 36 gereinigt. Die von der ersten Einspritzdüse 42 eingespritzte Reduktionsmittelmenge ist z.B. dazu geeignet, die Reinigung des Abgases und die Ansammlung von Reduktionsmittel in der/den Reinigungskomponente(n) 30 zu verbessern und dabei die Kristallisierung des Reduktionsmittels in Form von Ablagerungen im Abgasstrang 12 zu begrenzen.
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Ein zweites Einspritzen von Reduktionsmittel in das Abgas über die zweite Einspritzdüse 44 in das aus der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 austretende Abgas ist parallel möglich, wenn die Temperatur der stromabwärtigen Einheit 38 ausreichend ist und z.B. etwa 250°C beträgt. Das Gemisch aus Abgas und der zweiten Einspritzung wird mit dem Heizelement 34 erwärmt, bevor es mit dem Mischer 32 der stromabwärtigen Einheit 38 vermischt und von der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 verarbeitet wird.
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Das Heizelement 34 wird z. B. auf eine Temperatur zwischen 250°C und 500°C, z.B. von etwa 400°C erwärmt, so dass das Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel mit einer Temperatur zwischen 250°C und 500°C, z.B. von etwa 400°C in die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 eintritt.
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Die von der zweiten Einspritzdüse 44 eingespritzte Reduktionsmittelmenge und die von dem Heizelement 34 abgegebene Wärme sind z.B. dazu geeignet, die Reinigung des Abgases und die Ansammlung von Reduktionsmittel in der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 zu verbessern und dabei die Kristallisierung des Reduktionsmittels in Form von Ablagerungen im Abgasstrang 12 zu begrenzen.
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Nach dem Kaltreinigungsschritt 110, d.h. wenn der Abgasstrang 12 an seinem stromaufwärtigen Ende eine übermäßige Temperatur erreicht, z.B. wenn die Abgastemperatur beim Eintritt in die Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 über 450°C liegt und die Temperatur des Abgasstrangs 12 an seinem stromabwärtigen Ende 26 ausreichend ist, z.B. wenn die Abgastemperatur beim Eintritt in die stromabwärtige Einheit 38 über 250°C liegt, wird der Übergangsreinigungsschritt 120 ausgelöst.
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Im Übergangsreinigungsschritt 120 spritzt lediglich die zweite Einspritzdüse 44 das Reduktionsmittel ein. Die erste Einspritzdüse 42 spritzt kein Reduktionsmittel ein, da die Temperatur des Abgases, das in die Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 strömt, für eine effektive Abgasreinigung zu hoch ist. Das Heizelement 34 wird jedoch so aktiviert, das es das stromabwärts der stromaufwärtigen Einheit 36 strömende Abgas erwärmt, wobei die Temperatur des Abgases im Reinigungselement 30 der stromabwärtigen Einheit 38 für einen optimalen Betrieb des Reinigungselements 30 der stromabwärtige Einheit 38 ausreichend ist.
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Das Heizelement 34 wird z.B. auf eine Temperatur zwischen 300°C und 500°C, z.B. von etwa 400°C erwärmt, so dass das Gemisch aus Abgas und Reduktionsmittel in größeren Mengen mit einer Temperatur zwischen 300°C und 500°C, z.B. von etwa 400°C in die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 eintritt.
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Die von der zweiten Einspritzdüse 44 eingespritzte Reduktionsmittelmenge und die von dem Heizelement 34 abgegebene Wärme sind z.B. dazu geeignet, die Reinigung des Abgases und die Ansammlung von Reduktionsmittel in der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 zu verbessern und dabei die Kristallisierung des Reduktionsmittels in Form von Ablagerungen im Abgasstrang 12 zu begrenzen.
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Nach dem Übergangsreinigungsschritt 120, d.h. wenn der Abgasstrang 12 an seinem stromaufwärtigen Ende eine übermäßige Temperatur erreicht, z.B. wenn die Abgastemperatur beim Eintritt in die Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 über 450°C liegt und die Temperatur des Abgasstrangs 12 an seinem stromabwärtigen Ende ausreichend ist, z.B. wenn die Abgastemperatur beim Eintritt in die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 über 250°C liegt, wird der Warmreinigungsschritt 130 ausgelöst.
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Im Warmreinigungsschritt 130 spritzt lediglich die zweite Einspritzdüse 44 das Reduktionsmittel ein. Die erste Einspritzdüse 42 spritzt kein Reduktionsmittel ein, da die Temperatur des Abgases, das in die Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 strömt, für eine effektive Reinigung des Abgases zu hoch ist. Das Heizelement 34 wird dann dadurch deaktiviert, dass es das durch die Leitung 18 strömende Abgas nicht erwärmt, wobei die Temperatur des Abgases in der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 für einen ordnungsgemäßen Betrieb der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38 ausreicht und z.B. eine starke Verdampfung des von der zweiten Einspritzdüse 44 eingespritzten Reduktionsmittels ermöglicht.
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Eine wie oben beschriebene Reinigungsvorrichtung 16 mit einem Heizelement 34 ist besonders vorteilhaft, da dadurch die Leistung der Reinigungsvorrichtung 16 durch Verbesserung der Steuerung der Abgastemperatur entlang der Leitung 18 verbessert wird.
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Die Verwendung eines Heizelements 34 mit einer katalytischen Deckschicht gewährleistet eine verbesserte Abgasreinigung.
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Ein Heizelement 34 mit einem Metallschaum ist besonders dazu geeignet, die Abgase und das Reduktionsmittel effektiv und gleichmäßig zu erwärmen und dabei die Druckabfälle in der Abgasleitung 18 zu begrenzen.
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Die Verwendung von zwei Reinigungseinheiten 20, die auf verschiedenen Ebenen der Leitung 18 angeordnet sind, ermöglicht eine bessere Temperaturregelung an den Reinigungseinheiten 20, wobei die stromaufwärtige Reinigungseinheit 36 von Natur aus heißer ist als die stromabwärtige Reinigungseinheit 38.
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Eine stromabwärtige Reinigungseinheit 38 mit der zweiten Einspritzdüse 44 gewährleistet eine gute Steuerung der Menge an Reduktionsmittel, das in die stromabwärtige Reinigungseinheit 38 eingespritzt wird, und seiner Temperatur.
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Eine stromaufwärtige Reinigungseinheit 36 mit der ersten Einspritzdüse 42 und der zweiten Einspritzdüse 44 ist zur Reduzierung der Abstellfläche der stromabwärtigen Einheit 38 besonders vorteilhaft und hält dabei eine effiziente Abgasreinigung aufrecht.
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Die Reinigungseinheit 16 weist vorzugsweise nur ein Heizelement 34 auf. Das Heizelement 34 liegt z.B. zwischen der Reinigungskomponente 30 der stromaufwärtigen Einheit 36 und der Reinigungskomponente 30 der stromabwärtigen Einheit 38.
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Das Heizelement 34 liegt vorzugsweise stromaufwärts des Mischers 32 der stromabwärtigen Einheit 38.
