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Die Erfindung betrifft ein Abgassystem sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen.
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Es ist bekannt, ein von einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Dieselmotor, erzeugtes Abgas einer Abgasnachbehandlung zu unterziehen, indem es durch einen in einem Abgaskanal angeordneten Katalysator geführt wird. Einfache Oxidationskatalysatoren, die üblicherweise zur Abgasnachbehandlung in Dieselkraftmaschinen verwendet werden, umfassen im Wesentlichen ein katalytisch aktives Material, das auf der Oberfläche einer porösen Trägersubstanz fixiert ist. Das katalytisch aktive Material ist meistens ein Edelmetall, häufig ein Metall der Platingruppe. Eine Abgasreinigung an Oxidationskatalysatoren findet statt, indem reduzierende Schadstoffbestandteile des Abgases, zu denen unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) sowie Kohlenmonoxid (CO) zählen, durch im Abgas vorhandene Stickoxide (NOx) und Sauerstoff zu weniger umweltrelevanten Produkten oxidiert werden. Zudem beschleunigt der Oxidationskatalysator die Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2), welches für die Unterhaltung eines kontinuierlichen Partikelabbrandes im Dieselmotorgas bei niedrigen Temperaturen bei zirka 300°C eine wichtige Rolle spielt. Diese Reaktionen werden durch die Gegenwart der katalytischen Materialien sowie einer erhöhten Katalysatortemperatur ermöglicht.
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Üblicherweise werden Katalysatoren für Abgassysteme von Verbrennungsmotoren stromab eines Abgasturboladers angeordnet. Die technische Entwicklung führt jedoch dazu, dass insbesondere bei Dieselmotoren die Abgastemperaturen durch optimierte Brennverfahren und reibungsreduzierte Grundtriebwerke stark gesunken sind. Dadurch wird die Anspringtemperatur des Katalysators erst spät erreicht. Um dennoch eine frühe Aktivität des Katalysators zu erreichen, wird die Abgastemperatur im Katalysator durch zusätzliche Kraftstoffeinspritzungen künstlich erhöht. Hieraus ergeben sich jedoch Emissions- und Verbrauchsnachteile.
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Um dieses Problem zu verringern, wurde bereits die Anordnung eines Katalysators vor, also stromauf, der Turbine versucht. Hier tritt das Problem auf, dass im Nennleistungsbereich des Motors die Abgastemperaturen so hoch werden, dass die katalytische Beschichtung thermisch zerstört wird. Darüber hinaus stellt die Anordnung eines alleinigen Katalysators große Bauraumforderungen und bringt eine hohe thermische Masse mit, die wiederum zu einer Verzögerung in der Anspringzeit führt. Werden alternativ sogenannte Micro-Katalysatoren mit kleinem Volumen und kleiner thermischer Masse eingesetzt, können diese günstiger montiert werden. Die Verwendung solcher Micro-Katalysatoren führt jedoch stets zu Abgasgegendruckproblemen, da die Durchgänge innerhalb des Katalysators schnell von Ablagerungen blockiert werden.
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WO 2014/020230A1 offenbart hierzu einen Katalysator, der stromauf der Turbine in einem parallelen Abgasstrom angeordnet ist. Das Abgas kann abhängig von der Stellung zweier Ventile wahlweise über den Hauptabgasstrom oder den, den Katalysator aufweisenden, parallelen Abgasstrom geführt werden. Der Einbau eines derartigen Katalysators birgt jedoch einen hohen zusätzlichen Verschlauchungsaufwand sowie damit verbunden einen hohen Platzbedarf.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Abgassystem bereitzustellen, dass die Nachteile des Standes der Technik überwindet, insbesondere eine verbesserte Abgasaufbereitung beim Kaltstart und einen geringen Wartungsaufwand ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Abgassystem mit den Merkmalen des ersten unabhängigen Anspruchs gelöst. Somit betrifft die Erfindung ein Abgassystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, welches einen einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor, einen den Abgasstrom führenden Abgaskanal, eine Turbine als Teil eines Turboladers, einen Katalysator umfasst, der in einem Bypass des Abgaskanals stromauf der Turbine angeordnet ist, und eine Ventileinheit die an einer Abzweigungsstelle des Bypasses im Abgaskanal angeordnet ist. Die Turbine ist über den Abgaskanal mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Erfindungsgemäß ist der Katalysator über einen Strömungseingang und einen Strömungsausgang des Bypasses fluidführend mit dem Abgaskanal verbunden. Die Ventileinheit, welche stromauf, also vor der Turbine im Abgaskanal angeordnet ist, weist zumindest zwei Positionen auf. In einer ersten Position der Ventileinheit ist der Abgaskanal verschlossen, und Strömungseingang und Strömungsausgang sind geöffnet. In einer zweiten Position der Ventileinheit ist der Abgaskanal hingegen geöffnet, und Strömungsein- und Strömungsausgang sind verschlossen. Der Abgasstrom fließt aus dem Verbrennungsmotor bis zum Ventil. In der ersten Position der Ventileinheit wird der Abgasstrom in den Strömungseingang abgezweigt und von dort aus in den Katalysator geführt. Anschließend tritt der Abgasstrom durch den Katalysator hindurch und wird über den Strömungsausgang mittels derselben Ventileinheit wieder in den Abgaskanal geleitet, um von dort aus zur Turbine zu gelangen. Befindet sich die Ventileinheit in der zweiten Position, passiert der Abgasstrom den Katalysator nicht, vielmehr wird der Katalysator umgangen, sodass der Abgasstrom vom Verbrennungsmotor durch die Ventileinheit hindurch direkt zur Turbine gelangt. Der Katalysator ist also über eine Ventileinheit in einem zuschaltbaren Bypass im Abgaskanal angeordnet.
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Aufgrund der geringeren thermischen Masse, die der Abgasstrom bis zur Turbine passiert, sind die Abgastemperaturen vor der Turbine des Turboladers in Teillast immer ca. 100 K höher als nach der Turbine des Turboladers. Die Anordnung des erfindungsgemäßen Katalysators in einem über die Ventileinheit schaltbaren Bypass bringt den Vorteil, dass der Katalysator im Bedarfsfall, beispielsweise bei zu hohen Abgastemperaturen, umgangen wird. Somit werden eine aufgrund zu hoher Abgastemperaturen einsetzende thermische Alterung vermieden und sowohl Schädigungen der Beschichtung als auch zusätzliche Strömungsverluste bei hohen Massenströmungen reduziert. Der hohe Druck und die höhere Temperatur vor der Turbine des Turboladers ermöglichen ferner einen kleiner dimensionierten Katalysator als bei herkömmlichen Abgassystemen, bei denen der Katalysator nach der Turbine des Turboladers angeordnet ist. Dies bringt wiederum einen Bauraum- und Materialvorteil mit sich.
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Vorzugsweise wird ein stromabwärts gelegener Fluidrücklauf des Katalysators verschlossen. Es hat sich gezeigt, dass es bei dieser Ausgestaltung im Gegensatz zu herkömmlichen Abgassystemen mit nur einer verschlossenen Seite nicht zu einer Pulsation des Abgasstromes und somit nicht zu einem signifikanten Stofftransport kommt, und somit verhindert wird, dass das Volumen der nach dem Ventil verbleibenden Strecke durch den stromab offenen Kanal zyklisch mit heißem Abgas Be- und Entladen wird, was trotz Ventil zu einer thermischen Schädigung der katalytischen Beschichtung führt.
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Die Anordnung des Strömungsein- und Strömungsausgangs des Katalysators innerhalb nur einer Ventileinheit, das heißt in diesem Zusammenhang beider in derselben, birgt weiterhin den Vorteil, dass im Vergleich zu herkömmlichen Anordnungen kein zusätzlicher Verrohrungsaufwand nötig ist. Darüber hinaus ist ein leichter Wechsel beziehungsweise eine Wartung des Katalysators möglich. Der Aufbau eines bisher gebräuchlichen Abgaskrümmermoduls kann weitestgehend beibehalten werden, sodass auch ein Umbau eines bestehenden Abgassystems mit minimierten Umbauerfordernissen möglich ist.
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Vorzugsweise sind Strömungsein- und Strömungsausgang in Gegenstromführung zueinander in dem Bypass geführt und derart voneinander entkoppelt, dass kein Fluidaustausch möglich ist. Insbesondere sind Strömungsein- und Strömungsausgang im Bypass benachbart zueinander angeordnet und durch eine Zwischenwand getrennt, sodass jeweils ein Raum ausgebildet ist, welcher den Abgaskanal mit dem Katalysator verbindet. Der Strömungseingang liegt dabei stromauf des Katalysators, während der Strömungsausgang stromab des Katalysators angeordnet ist. Mit anderen Worten ist der Bypass über eine T-förmige Abzweigstelle mit dem Abgaskanal verbunden, wobei Strömungsein- und -ausgang in einem Arm des „Ts” untergebracht sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind somit der Strömungseingang und der Strömungsausgang in Gegenstromführung zueinander in dem Bypass geführt und vorzugsweise durch eine Zwischenwand voneinander getrennt. Eine derartig kompakte Bauweise bringt einen geringeren Bauraumbedarf mit sich und führt zudem zu weniger thermischen Verlusten, da der einströmende Abgasstrom durch den ausströmenden Strom erwärmt wird.
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Ferner ist bevorzugt, dass die Ventileinheit als Klappenventil ausgebildet ist. Klappenventile sind wenig störanfällige Ventile, welche in der Regel über zwei Positionen verfügen. Hierbei sind zwei Verschlussabschnitte, zum Verschließen der jeweiligen Position, einer Ventileinheit stoffschlüssig miteinander verbunden und bilden die sogenannte Klappe. Durch Bewegen der Klappe können die Verschlussteile in eine andere Position überführt werden. Üblicherweise weist das Klappenventil zwei Positionen auf, in welcher zumindest ein Durchgang abwechselnd geöffnet und verschlossen ist.
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Insbesondere bevorzugt ist, dass die Ventileinheit zwei drehbar gelagerte Verschlussabschnitte umfasst, wobei ein erster Verschlussabschnitt in der zweiten Position der Ventileinheit den Strömungseingang verschließt und ein zweiter Verschlussabschnitt in der zweiten Position den Strömungsausgang verschließt und einer der Verschlussabschnitte in der ersten Position den Abgaskanal verschließt.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verschlussabschnitte als Verschlussklappen ausgebildet sind, welche über ein drehbar gelagertes Verbindungselement miteinander verbunden sind. Diese besondere Ausgestaltung eines Klappenventiles ermöglicht vorteilhafterweise einen Materialmix der einzelnen Bauteile. Jedes der Bauteile wird vorzugsweise in Form und Material an die einzelnen Bedingungen angepasst. So wird bevorzugt ein Verschlussteil elastisch ausgeführt, um eine bessere Dichtung zu erzielen, während das Verbindungselement besonders starr und spröde ausgeführt wird. Darüber hinaus ermöglicht die modulare Bauweise der Ventileinheit die Nutzung von Synergieeffekten bei deren Herstellung.
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Mit besonderem Vorteil ist zwischen den beiden Verschlussabschnitten eine Aufnahme für eine drehbare Lagerung, beispielsweise eine Achse angeordnet. Diese Achse kann stoffschlüssig, also beispielsweise mittels Schweißens, oder aber über ein geeignetes Befestigungselement mit dem Verbindungselement verbunden sein. Die Achse ist wiederum in einen Ventilschaft angeordnet, sodass eine Drehung eine Rotation des Achse und somit der Verschlussklappen ausführt. Über die Rotation der Achse in einem geeigneten Winkel werden die Verschlussklappen entweder in der ersten oder zweiten Position der Ventileinheit angeordnet.
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Mit besonderem Vorteil ist die Bewegung der Achse steuerbar, insbesondere automatisiert steuerbar. Vorzugsweise ist die Achse somit mit einer Steuereinheit verbunden, wobei in diese Steuereinheit zusätzlich Informationen über Parameter des Abgasstroms, wie Drücke und Temperaturen eingelesen und bei Über- und/oder Unterschreiten von kritischen Werten zumindest ein Signal zum Einnehmen der ersten oder zweiten Position an die Ventileinheit übermittelt werden.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Katalysator mit einem Bypass des Abgaskanals über ein Anschlussende des Bypasses und ein korrespondierendes Anschlussstück des Katalysators lösbar miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht unter anderem eine leichte Wartung des Katalysators. Insbesondere kann der Katalysator mit minimalem Aufwand entfernt beziehungsweise gewechselt werden. Da die Verbindung zwischen Bypass und Katalysator nur über Anschlussende und Anschlussstück definiert wird, ist es zudem möglich, dass der Katalysator durch einen anderen Katalysator oder aber auch einen Filter ersetzt wird, der ein zum Anschlussende des Bypasses korrespondierendes Anschlussstück aufweist. Somit kann der Katalysator beziehungsweise der Filter in Größe und Form, insbesondere Volumen, variieren und somit beispielsweise an die Abgasmassenströme verschiedener Verbrennungsmotoren angepasst werden.
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Es ist bevorzugt, dass der den Strömungseingang und -ausgang beherbergende Bypass und ein die Ventileinheit beherbergender Abschnitt des Abgaskanals als einteiliges T-Verbindungsstück ausgebildet sind, welches lösbar mit dem Abgaskanal und/oder dem Katalysator verbindbar ist. Die Ausbringung der Ventileinheit als einteiliges T-Stück ist eine besonders platzsparende Ausführungsform einer Ventileinheit für einen Bypass, welche zudem sowohl den Strömungsein- als auch Strömungsausgang aufweist. Insbesondere die lösbare Verbindung ermöglicht die Nachrüstung von bestehenden Abgassystemen mit dem Katalysator in erfindungsgemäßer Anordnung.
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Insbesondere bevorzugt ist, dass die Ventileinheit oder das diese beherbergende T-Verbindungsstück unmittelbar stromausgangsseitig an einen Abgaskrümmer des Abgaskanals anschließt. Die resultierende motornahe Anordnung bietet den Vorteil, dass der im Abgaskanal geführte Abgasstrom möglichst geringe thermische Verluste erfährt, bevor er in den Katalysator geführt wird.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Katalysator einen Drei-Wege-Katalysator zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx), insbesondere bevorzugt ist er als Kombination eines Drei-Wege-Katalysators und eines Partikelfilters ausgeführt, sodass alle relevanten Schadstoffe möglichst aufbereitet werden, bevor sie in die Turbine des Turboladers gelangen. Letztere Ausführung wird auch als Vier-Wege-Katalysator bezeichnet. Bevorzugt ist der Katalysator ausgebildet, die Stickoxide zu reduzieren und/oder zu speichern. Die Speicherfunktion stellt sicher, dass dem Abgasstrom auch bei niedrigen Abgastemperaturen, beispielsweise beim Kaltstart, die Stickoxide entzogen werden. Auf diese Weise kann auf innermotorische Maßnahmen zur Senkung der NOx-Rohemission nach einem Kaltstart, wie zum Beispiel Voreinspritzung, Spätverschiebung der Verbrennungsschwerpunktlagen, hohe AGR-Raten, Reduzierung der Zylinderfüllung, verzichtet werden, was sich positiv auf den Wirkungsgrad sowie die Emission von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Verbrauchen auswirkt.
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Ferner ist bevorzugt, dass stromab, also hinter der Turbine, weitere Katalysatoren und/oder Filter angeordnet sind. Dies bringt den Vorteil, dass bei einer Umgehung des erfindungsgemäßen Katalysators, also bei geschlossenem Strömungsein- und Strömungsausgang, der Abgasstrom dennoch aufbereitet wird. Stromab der Turbine sind vorzugsweise Oxidationskatalysatoren und/oder Partikelfilter angeordnet.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug aufweisend ein Abgassystem mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Ausführungsformen der Erfindung können mit einzelnen beschriebenen Merkmalen, Kombinationen von mehreren der beschriebenen Merkmalen oder allen beschriebenen Merkmalen realisiert sein. 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 für Kraftfahrzeuge besonders geeigneten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1A eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgassystems,
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1B eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgassystems in einer bevorzugten Ausführungsform,
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2 eine schematische Darstellung eines Katalysators in einem erfindungsgemäßen Abgassystem, und
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3 eine Detaildarstellung der Ventileinheit in erfindungsgemäßem Abgassystem.
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1A zeigt ein erfindungsgemäßes Abgassystem 1 eines Verbrennungsmotors 2. In dargestellter Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 2 als Dieselmotor ausgebildet. Der Verbrennungsmotor 2 ist über einen Abgaskanal 4 mit einer Turbine 3 verbunden, welcher einen Kompressor 8 eines Turboladers antreibt. Stromauf der Turbine 3, ist eine Ventileinheit 5 innerhalb des Abgaskanals 4 angeordnet. Die Ventileinheit 5 weist einen Strömungseingang 11 und einen Strömungsausgang 12 auf, welche jeweils fluidführend mit einem Katalysator 10 verbunden ist. Der Katalysator 10 ist parallel zum Abgaskanal 4, in einem Bypass 4b, angeordnet.
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Stromauf der Turbine 3 sind Sensoren 9 zur Messung von Temperatur und/oder Druck des Abgasstroms angeordnet. In dargestellter Ausführungsform erfolgt die Anordnung der Sensoren stromab der Ventileinheit 5.
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Stromab der Turbine 3, insbesondere an einer Unterbodenposition eines von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Kraftfahrzeugs, können weitere Katalysatoren 6 und/oder Filter 7 angeordnet sein. In gezeigter Ausführungsform sind im Abgaskanal 4 hinter der Turbine 3 ein Diesel-Oxidations-Katalysator 6 sowie ein Partikelfilter 7 angeordnet.
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Im Verbrennungsmotor 2 werden durch Verbrennung des Kraftstoffs schadstoffbelastete Abgase erzeugt. Diese Abgase gelangen über einen Krümmer 4a in den Abgaskanal 4. Die im Abgaskanal 4 angeordnete Ventileinheit 5 stellt eine Abzweigung für den im Abgaskanal 4 geförderten Abgasstrom dar. Je nach Position der Ventileinheit 5 wird der Abgasstrom entweder über den Strömungseingang 11 in den Katalysator 10 geleitet und von dort aus über den Strömungsausgang 12 über die Ventileinheit 5 wieder in den Abgaskanal 4, oder aber gelangt unter Umgehung des Katalysators 10 direkt durch die Ventileinheit 5 hindurch zur Turbine 3. Wird der Abgasstrom durch den Katalysator 10 geführt, werden, je nach Ausgestaltung des Katalysators 10, Schadstoffe wie Stickoxide, Kohlenmonoxid sowie Partikel aus dem Abgasstrom entfernt.
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Die Einstellung der Positionen der Ventileinheit 5 kann beispielsweise in Abhängigkeit von Sensoren im Abgasstrom erfolgen. Stehen die Sensoren 9 mit einer Steuereinheit in Verbindung, welche darüber hinaus mit der Ventileinheit 5 in Verbindung steht, so können in Abhängigkeit von den gemessenen Eigenschaften des Abgasstroms die Positionen innerhalb der Ventileinheit 5 gesteuert werden.
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Stromab der Ventileinheit 5 trifft der Abgasstrom auf die Turbine 3 und treibt diese an. Da die Turbine 3 mit einem Kompressor 8 des Turboladers verbunden ist, kann dieser Frischluft ansaugen und verdichten, welche dann dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt wird. Ausgehend von der Turbine 3 wird der Abgasstrom weiter über den Abgaskanal 4 hin zu einer nicht dargestellten Abgasklappe geführt. Dabei kann der Abgasstrom weitere Katalysatoren, wie beispielsweise einen Diesel-Oxidations-Katalysator 6 und/oder Partikelfilter 7, passieren. Die Katalysatoren 6 und/oder Filter 7 dienen insbesondere dazu, Schadstoffe, welche sich im Abgasstrom befinden und nicht bereits über den Katalysator 10 umgesetzt wurden, aus dem Abgasstrom zu entfernen. Darüber hinaus haben die nachgeschalteten Katalysatoren 6 und/oder Filter 7 die Funktion der Erstbehandlung des Abgasstromes, falls der vorgeschaltete Katalysator 10 umgangen wurde. Dies kann zum Beispiel dann der Fall sein, wenn die Temperatur des Abgases einen kritischen Wert überschritten hat, bei dem die Gefahr besteht, dass eine innerhalb des Katalysators 10 angeordnete katalytische Beschichtung beschädigt oder zerstört wird.
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1B zeigt das erfindungsgemäße Abgassystem 1 in einer bevorzugten Ausführungsform. Im Wesentlichen entsprechen Aufbau und Funktionsweise denen in 1 gezeigten. Das in 1B gezeigte Abgassystem 1 zeigt darüber hinaus weitere Bestandteile des Abgassystems 1, wie beispielsweise Temperatur- 21 und Drucksensoren 22 und deren bevorzugte Anordnung im Abgassystem 1, sowie mögliche zusätzliche Strömungswege, wie die Luftzufuhr oder einen Blow-by 32. Weiterhin gezeigt sind die durch Pfeile dargestellten Strömungswege des Abgases und der Zuluft. Einzelne Komponenten sind der Bezugszeichenliste zu entnehmen.
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2 zeigt eine Detailansicht der Anordnung der Ventileinheit 5 und des Katalysators 10 in dem erfindungsgemäßen Abgassystem 1. Zusätzlich zeigt 3 die Ventileinheit 5 in einer weiter vergrößerten Darstellung.
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Gezeigt ist der Krümmer 4a als Ausgang des Verbrennungsmotors 2, in dessen unmittelbarer Nähe die Ventileinheit 5 im Abgasstrom 4 angeordnet ist.
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Die Ventileinheit 5 verfügt über zwei Verschlussteile 15a, 15b, welche über ein Verbindungselement 16 starr miteinander verbunden sind. Ferner beherbergt die Ventileinheit 5 einen Strömungseingang 11 und einen Strömungsausgang 12. Die Ventileinheit 5 kann mindestens zwei Positionen einnehmen, wobei in einer ersten Position 13 einer der Verschlussabschnitte 15a oder 15b den Abgaskanal verschließt und ein erster Verschlussabschnitt 15a in einer zweiten Position 14 den Strömungseingang 11 verschließt und ein zweiter Verschlussabschnitt 15b den Strömungsausgang 12 verschließt.
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Verschlussteile 15a und 15b und Verbindungselement 16 können dabei aus unterschiedlichen oder aber auch aus gleichen Materialien gefertigt sein. Die beiden Verschlussteile 15a, 15b der Ventileinheit 5 können in Form, Größe und Material identisch ausgeführt sein, können sich jedoch auch voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, das erste Verschlussteil 15a, welches den Strömungseingang 11 verschließt, größer, insbesondere länger auszuführen als das zweite Verschlussteil 15b, welches in der zweiten Position 14 den Strömungsausgang 12 verschließt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 nicht symmetrisch beziehungsweise baugleich ausgeführt sind. Bevorzugt ist jedoch, dass das Verschlussteil 15 aus einem dichtenden Material, einem weichen Metall, gefertigt ist, während das Verbindungselement 16 starr ist und insbesondere spröde Eigenschaften hat und beispielsweise aus einem Stahl gefertigt ist. Das Verbindungselement 16 ist zwischen den Verschlussteilen 15 mit einer Achse 17 verbunden. Die Achse 17 ist drehbar innerhalb des Ventilschaftes gelagert. Achse 17 und Verbindungselement 16 stehen dabei lotrecht zueinander.
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Die Ventileinheit 5 weist weiterhin über einen Strömungseingang 11 und einen Strömungsausgang 12. Eine Rotation der Achse 17 führt somit zu einer Verlagerung der Position der Verschlussteile 15a, 15b. In dargestellter Ausführungsform führt eine Rotation der Achse 17 um 90° im mathematisch negativen Drehsinn von der zweiten Position 14 der Ventileinheit 5, in welcher Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 durch die Verschlussteile 15a, 15b verschlossen sind, zu der ersten Position 13, in welcher das erste Verschlussteil 15a, welches zuvor den Strömungseingang 11 verschloss, den Abgaskanal 4 verschließt. Wird die Achse 17 erneut um 90° im mathematisch positivem Drehsinn gedreht, werden die Verschlussteile 15a, 15b erneut verlagert, sodass sie dann den Abgaskanal 4 freigeben und Abgas vom Verbrennungsmotor durch die Ventileinheit 5 direkt zur Turbine fließen kann und gleichzeitig Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 verschlossen und somit für den Abgasstrom blockiert sind. Je nach Ausgestaltung des Abgaskanals 4 und der Anordnung von Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 können die von den Verschlussteilen 15a, 15b beschriebenen Kreissegmente auch andere Winkel im Bereich von 10 bis 180° beschreiben. Die Achse 17 kann mit einer nicht dargestellten Steuereinheit verbunden sein. Diese Steuereinheit kann weiter mit Temperatur- und/oder Drucksensoren 9 zur Bestimmung der Abgastemperatur beziehungsweise des Abgasdrucks verbunden sein. Weist der Abgasstrom Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur von ca. 700°C auf, wird über die Steuereinheit die erste Position 13 gewählt. Überschreitet die Temperatur des Abgasstroms jedoch die kritische Temperatur, so erfolgt eine Signalgebung an die Achse 17, welche infolgedessen um den erforderlichen Winkel, hier 90°, gedreht wird, und die Verschlussteile 15a, 15b in die zweite Position 14 überführt.
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Der Ventilschaft ist an einem Punkt angeordnet, in dem Abgaskanal 4, Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 zusammengeführt werden. Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 sind parallel zueinander benachbart angeordnet und über eine Zwischenwand voneinander getrennt. Diese Trennung unterbindet einen Austausch des Fluides. Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 sind an zwei gegenüberliegenden Seiten offen ausgeführt, wobei eine Öffnung eine fluidführende Verbindung mit dem Abgaskanal 4 darstellt und die andere Öffnung eine fluidführende Verbindung zum Katalysator 10 ist. An dem Ende, an welchem Strömungseingang 11 und Strömungsausgang 12 mit dem Katalysator 10 verbunden sind, weist die Ventileinheit 5 weiter ein Anschlussende 18 auf. Das Anschlussende 18 kann, beispielsweise als Teil eines Flansches oder als Gewinde, als Teil einer Rast-Steck-Verbindung und/oder Bajonettverbindung ausgebildet sein. Ein korrespondierendes Anschlussstück 19 zu dem Anschlussende 18 der Ventileinheit 5 ist an dem Katalysator 10 (genauer gesagt eines Gehäuses desselben) angeordnet. Anschlussende 18 der Ventileinheit 5 und Anschlussstück 19 des Katalysators 10 bilden gemeinsam eine fluidführende, nach außen dichtende Verbindung. Diese Verbindung kann beispielsweise in Form eines Flansches, einer Dreh- und/oder Steckverbindung, wie beispielsweise einer Bajonettverbindung, oder einem Gewinde ausgeführt sein.
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Das Anschlussstück 19 ist stoffschlüssig mit dem Katalysator 10 verbunden. Der Katalysator 10 weist zumindest eine katalytische Beschichtung und/oder eine Partikelfilterfunktion auf. Bei Partikelfiltern sind die Strömungskanäle des Katalysatorträgers wechselseitig ein- oder ausgangsseitig geschlossen, sodass das Abgas durch die Wandungen der Kanäle treten muss und die Partikel zurückgehalten werden. Zudem sind im Falle katalytischer Partikelfilter die Wandungen mit einer katalytischen Beschichtung versehen, um die verschiedenen Umsetzungsreaktionen zu katalysieren. In Abhängigkeit von den Anforderungen und den zu katalysierenden Reaktionen, welche innerhalb des Katalysators zur Aufbereitung des Abgases ablaufen, weist der Katalysator unterschiedliche katalytische Beschichtungen auf.
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Der vom Verbrennungsmotor 2 erzeugte Abgasstrom gelangt über den Abgaskanal 4 zur Ventileinheit 5. Befinden sich die Verschlussteile 15a, 15b der Verbindungseinheit 5 in der ersten Position 13, so wird der Abgasstrom, wenn er auf das erste Verschlussteil 15a trifft, abgeleitet und in den geöffneten Strömungseingang 11 geführt. Von dort aus gelangt er in den Katalysator 10, wo es, je nach Auslegung des Katalysators 10, zu chemischen Reaktionen der Stickoxide und Kohlenmonoxidanteile im Abgas und/oder zu einer Adsorption von Partikeln und Schwebteilen aus dem Abgas kommt. Nach einer Strömungsumkehr gelangt der nunmehr gereinigte Abgasstrom in den Strömungsausgang 12 der Verbindungseinheit 5 und von dort aus in den Abgaskanal 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgassystem
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Turbine eines Turboladers
- 4
- Abgaskanal
- 4a
- Abgaskrümmer
- 4b
- Bypass
- 5
- Ventileinheit
- 6
- Dieseloxidationsfilter
- 7
- Partikelfilter
- 8
- Kompressor
- 9
- Sensor
- 10
- Katalysator
- 11
- Strömungseingang
- 12
- Strömungsausgang
- 13
- erste Position
- 14
- zweite Position
- 15a
- erster Verschlussabschnitt/erstes Verschlussteil
- 15b
- zweiter Verschlussabschnitt/zweites Verschlussteil
- 16
- Verbindungselement
- 17
- Achse
- 18
- Anschlussende
- 19
- Anschlussstück
- 20
- Ladeluftkühler
- 21
- Temperatursensor
- 22
- Drucksensor
- 23
- Nockenwellensensor
- 24
- Common-rail-Injektoren
- 25
- VTG-Wegsensor
- 26
- Lambdasonde
- 27
- Abgasklappe
- 28
- Kühlung für Niederdruck-Abgasrückführung (AGR)
- 29
- Niederdruck-AGR-Ventil
- 30
- Heißfilm-Anemometer
- 31
- Luftfilter
- 32
- Blow-by
- 33
- Kurbelwellensensor
- 34
- Regelklappe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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