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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2008 032 601 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Abgasanlage weist einen von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Stickoxid-Speicherkatalysator auf, in beziehungsweise mittels welchem im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest vorübergehend gespeichert werden können. Außerdem umfasst die Abgasanlage einen mit Luft und einem Kraftstoff versorgbaren Brenner, mittels welchem ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches den Kraftstoff und die Luft aufweist, verbrannt werden kann. Außerdem offenbart die
DE 10 2010 027 984 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Abgasanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Brenner dazu ausgebildet beziehungsweise derart angeordnet ist, dass durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Stickoxid-Speicherkatalysator erwärmt wird. Hierzu ist der Brenner beispielsweise in Strömungsrichtung des die Abgasanlage und somit den Stickoxid-Speicherkatalysator durchströmenden Abgases stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordnet, sodass beispielsweise durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches das Abgas stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators beziehungsweise an einer stromauf des Stickoxid-Speicherkatalysators angeordneten Stelle erwärmt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass der Brenner dazu ausgebildet beziehungsweise derart angeordnet ist, dass ein aus dem Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches resultierendes und auch als Brennerabgas bezeichnetes Abgas in den einfach auch als Speicherkatalysator bezeichneten Stickoxid-Speicherkatalysator einleitbar ist, sodass beispielsweise der Speicherkatalysator von dem Brennerabgas durchströmbar ist. Hierdurch kann der Speicherkatalysator erwärmt werden. Insbesondere ist der Brenner beispielsweise dazu ausgebildet, durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches eine Flamme zu erzeugen, mittels welcher beispielsweise der Speicherkatalysator erwärmt werden kann. Dabei ist der Brenner beispielsweise dazu ausgebildet beziehungsweise derart angeordnet, dass die Flamme, insbesondere direkt, in dem Speicherkatalysator entsteht.
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Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Brenner eine eigene, unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine betreibbare und vorzugsweise elektrische Luftpumpe zugeordnet ist, mittels welcher der Brenner unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine mit der Luft versorgt werden kann. Unter dem Merkmal, dass der Brenner mittels der Luftpumpe unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine mit Luft versorgt werden kann, ist insbesondere zu verstehen, dass der Brenner mittels der Luftpumpe mit Luft versorgt werden kann, ohne dass hierbei eine durch die Luftpumpe bewirkte Versorgung der Verbrennungskraftmaschine mit Luft bewirkt wird. Insbesondere kann der Brenner mittels der Luftpumpe mit Luft auch dann versorgt werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert beziehungsweise ausgeschaltet ist. In der Folge können beispielsweise eine Temperatur der Abgasanlage, ein auch als Lambda bezeichnetes Verbrennungsluftverhältnis, insbesondere in dem Brenner, und eine Sauerstoffmasse, insbesondere in dem Brenner besonders bedarfsgerecht eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Die Verwendung der insbesondere frei regelbaren Luftpumpe ermöglicht eine zumindest nahezu autarke, zumindest nahezu frei einstellbare, insbesondere regelbare, Luftversorgung des Brenners, an den die Luftversorgung beispielsweise angeschlossen ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, für den Brenner oder in dem Brenner ein bestimmtes beziehungsweise vorgebbares Verbrennungsluftverhältnis einzustellen. Mit anderen Worten ist es möglich, unterschiedliche Werte des Verbrennungsluftverhältnisses einzustellen, sodass das Verbrennungsluftverhältnis beispielsweise auf 1 (stöchiometrisch), unter 1 (fett) oder über 1 (mager) eingestellt werden kann.
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Durch die Verwendung der beispielsweise zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Luftpumpe ist es möglich, eine zumindest nahezu autarke und/oder eine zumindest frei einstellbare, insbesondere zumindest nahezu frei regelbare, Luftversorgung des Brenners zu realisieren. In der Folge ist es beispielsweise möglich, für den Brenner und somit beispielsweise auch für den stromab des Brenners angeordneten Speicherkat ein auch als Luftverhältnis bezeichnetes Verbrennungsluftverhältnis, insbesondere ein bestimmtes Verbrennungsluftverhältnis, einzustellen. Insbesondere ist es möglich, das Verbrennungsluftverhältnis in dem Brenner und/oder in dem Speicherkatalysator auf 1 (stöchiometrisch), auf unter 1 (fett) oder auf über 1 (mager) einzustellen.
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Durch Erwärmen des Speicherkatalysators ist es möglich, den Speicherkatalysator zumindest teilweise zu denoxieren, das heißt beispielsweise zu entgiften beziehungsweise zu entschwefeln. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Einspeicherbarkeit von Stickoxiden in den Speicherkatalysator realisiert beziehungsweise wiederhergestellt werden. Dadurch, dass eine Versorgung des Brenners mit der Luft durch die Luftpumpe zumindest nahezu frei eingestellt, insbesondere geregelt, werden kann, kann eine besonders vorteilhafte Temperatur des Abgases beziehungsweise des Speicherkatalysators realisiert werden. Insbesondere ist es möglich, eine zur Denoxierung des Speicherkatalysators erforderliche beziehungsweise vorteilhafte Temperatur von rund 600 Grad Celsius einzustellen. Ferner ist es möglich, durch Verwendung der Luftpumpe ein für die Denoxierung des Speicherkatalysators vorteilhaftes Verbrennungsluftverhältnis von etwa 0,9 einzustellen, wobei das Verbrennungsluftverhältnis auch als Lambda bezeichnet wird. Da beispielsweise sowohl der Brenner als auch seine Luftversorgung, das heißt die Luftpumpe, zumindest nahezu autark beziehungsweise unabhängig von der auch Motor oder Verbrennungsmotor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine betrieben werden können, kann die Denoxierung des Speicherkatalysators beispielsweise bei abgestelltem Motor und/oder in einem Schubbetrieb des Motors und/oder in einem Leerlauf des Motors durchgeführt werden. Beispielsweise ist der Motor im Rahmen einer Start-Stopp-Funktion automatisch, insbesondere an einer Ampel, abgestellt. Insgesamt ist erkennbar, dass der Brenner unabhängig von einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine betrieben, insbesondere geregelt, werden kann, wodurch beispielsweise unabhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine der Stickoxid-Speicherkatalysator denoxiert werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftwagens. Der Kraftwagen ist vorzugsweise als Personenkraftwagen und dabei als Nutzfahrzeug ausgebildet. Bei dem in der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungskraftmaschine 12 als ein Dieselmotor ausgebildet. Der Verbrennungskraftmaschine 12 ist ein auch als Kraftstofftank bezeichneter Tank 14 zugeordnet, in welchem ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 12 in ihrem befeuerten Betrieb aufnehmbar oder aufgenommen ist. Bei dem Kraftstoff handelt es sich beispielsweise um einen Dieselkraftstoff, welcher auch einfach als Diesel bezeichnet wird. Mittels einer Niederdruckpumpe 16 kann der Kraftstoff aus dem Tank 14 zu einer Hochdruckpumpe 18 gefördert werden. Mittels der Hochdruckpumpe 18 kann der Kraftstoff unter hohen Druck gesetzt und zu Injektoren 20 gefördert werden. Insbesondere kann der Kraftstoff mittels der Hochdruckpumpe 18 zu einem auch als Rail bezeichneten und den Injektoren 20 gemeinsamen Kraftstoffverteilungselement gefördert werden. Der den hohen Druck aufweisende Kraftstoff kann in dem Kraftstoffverteilungselement zwischengespeichert werden. Mittels des Kraftstoffverteilungselements kann der in dem Kraftstoffverteilungselement aufgenommene und den hohen Druck aufweisende Kraftstoff auf die Injektoren 20 verteilt beziehungsweise aufgeteilt werden, mittels welchen der Kraftstoff in jeweilige Zylinder 22 der Verbrennungskraftmaschine 12 direkt einspritzbar ist beziehungsweise eingespritzt wird.
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Die Verbrennungskraftmaschine 12 weist einen von Luft durchströmbaren Ansaugtrakt 24 auf, mittels welchem die den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft zu den und in die Zylinder 22 geführt wird. Außerdem weist die Verbrennungskraftmaschine 12 einen Abgastrakt 26 auf. Dadurch, dass der Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder 22 eingespritzt wird und dadurch, dass der jeweilige Zylinder 22 mit zumindest einem Teil der den Ansaugtrakt 24 durchströmenden Luft versorgt wird, wird in dem jeweiligen Zylinder 22 ein den Kraftstoff aus dem Tank 14 und die den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft umfassendes Gemisch gebildet. Das Gemisch wird, insbesondere selbstzündend, gezündet und in der Folge verbrannt, wodurch Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 entsteht. Das Abgas kann aus den Zylindern 22 ausströmen, in den Abgastrakt 26 einströmen und den Abgastrakt 26 durchströmen.
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Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine 12 eine Aufladeeinrichtung 28, welche wenigstens oder genau einen Abgasturbolader 30 umfasst. Der Abgasturbolader 30 umfasst einen in dem Ansaugtrakt 24 angeordneten Verdichter 32, mittels welchem die den Ansaugtrakt 24 durchströmende Luft verdichtet werden kann. Außerdem umfasst der Abgasturbolader 30 eine in dem Abgastrakt 26 angeordnete und von dem Abgas antreibbare Turbine 34, mittels welcher der Verdichter 32 angetrieben werden kann.
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Die Abgasanlage 10 ist fluidisch mit dem Abgastrakt 26 verbunden und stromab des Abgastrakts 26, insbesondere stromab der Turbine 34, angeordnet. Somit kann das den Abgastrakt 26 durchströmende Abgas aus dem Abgastrakt 26 ausströmen, in die Abgasanlage 10 einströmen und in der Folge die Abgasanlage 10 durchströmen. Die Abgasanlage 10 weist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 36 auf, die einen Stickoxid-Speicherkatalysator 38, einen Partikelfilter 40 und einen SCR-Katalysator 42 umfasst. Der Stickoxid-Speicherkatalysator 38 wird auch als Speicherkatalysator, Speicherkat oder NSK (NOx-Speicherkatalysator) bezeichnet und ist dazu ausgebildet, im Abgas etwaig enthaltene Stickoxide (NOx) aufzufangen, rückzuhalten und zu speichern. Dabei ist der Speicherkatalysator in Strömungsrichtung des die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgases stromauf des Partikelfilters 40 angeordnet, welcher stromauf des SCR-Katalysators 42 angeordnet ist. Der Partikelfilter 40 ist beispielsweise dazu ausgebildet, im Abgas etwaig enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas zu filtern. Insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 12 als ein Dieselmotor ausgebildet ist, ist der Partikelfilter 40 beispielsweise als ein Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet.
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Darüber hinaus ist eine Dosiereinrichtung 44 vorgesehen, mittels welcher an einer Stelle S1 ein Reduktionsmittel, insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, in das die Abgasanlage 10 durchströmende Abgas einbringbar ist beziehungsweise eingebracht wird. Die Stelle S1 ist dabei stromab des Speicherkatalysators und stromauf des SCR-Katalysators 42, insbesondere stromauf des Partikelfilters 40, angeordnet. Dabei weist die Abgasanlage 10 eine Mischkammer 46 auf, welche stromab der Stelle S1 und stromauf des SCR-Katalysators 42 angeordnet ist. In der Mischkammer 46 kann sich beispielsweise das in die Abgasanlage 10 eingebrachte Reduktionsmittel mit dem die Abgasanlage 10 durchströmenden Abgas vermischen.
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Die Abgasanlage 10 weist darüber hinaus einen Brenner 48 auf. Der Brenner 48 ist mit einem Kraftstoff und mit Luft versorgbar, wobei mittels des Brenners 48 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, insbesondere unter Ausbildung einer Flamme 50, verbrannt werden kann. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch umfasst dabei die Luft und den Kraftstoff, mit der beziehungsweise dem der Brenner 48 versorgt wird beziehungsweise wurde.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren zu können, ist der Brenner 48 dazu ausgebildet, durch das Verbrennen des Kraftstoff-Luft-Gemisches den Stickoxid-Speicherkatalysator 38 zu erwärmen. Hierzu ist der Brenner 48 beispielsweise stromauf des Speicherkatalysators angeordnet. Insbesondere ist der Brenner 48 derart angeordnet, dass die Flamme 50 stromauf des Speicherkatalysators und/oder in den Stickoxid-Speicherkatalysator 38 entsteht. Dadurch kann das die Abgasanlage 10 durchströmende Abgas stromauf des Speicherkatalysators und/oder in dem Speicherkatalysator erwärmt werden, wodurch der Speicherkatalysator vorteilhaft erwärmt werden kann. Durch das Erwärmen des Speicherkatalysators kann dieser auf eine hinreichend hohe Temperatur von beispielsweise 600 Grad Celsius oder mehr gebracht werden, wodurch eine besonders vorteilhafte Denoxierung des Speicherkatalysators bewirkt beziehungsweise realisiert werden kann.
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Bei dem Kraftstoff, mit welchem der Brenner 48 versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, handelt es sich vorliegend um Kraftstoff aus dem Tank 14. Hierzu ist eine Kraftstoffleitung 52 vorgesehen. Die Kraftstoffleitung 52 ist einerseits an einer Verbindungsstelle V1 mit einer Versorgungsleitung 54 fluidisch verbunden, über welche der Kraftstoff von dem Tank 14 zu den Injektoren 20 beziehungsweise zu dem Kraftstoffverteilungselement geführt werden kann. Dabei ist die Verbindungsstelle V1 in Strömungsrichtung des die Versorgungsleitung 54 durchströmenden Kraftstoffes stromab der Niederdruckpumpe 16 und stromauf der Hochdruckpumpe 18 angeordnet. Mittels der Kraftstoffleitung 52 kann zumindest ein Teil des die Versorgungsleitung 54 durchströmenden Kraftstoffes aus der Versorgungsleitung 54 abgezweigt und in die Kraftstoffleitung 52 eingeleitet werden. Der mittels der Kraftstoffleitung 52 aus der Versorgungsleitung 54 abgezweigte Kraftstoff kann die Kraftstoffleitung 52 durchströmen und wird mittels der Kraftstoffleitung 52 zu dem Brenner 48 geführt. Hierdurch wird der Brenner 48 mit dem Kraftstoff aus dem Tank 14 versorgt.
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Des Weiteren ist dem Brenner 48 eine eigene, unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine 12 und elektrisch betreibbare Luftpumpe 56 zugeordnet, welche zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit zusätzlich zu der Aufladeeinrichtung 28 vorgesehen ist. Mittels der Luftpumpe 56 ist der Brenner 48 unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit unabhängig von der Aufladeeinrichtung 28 mit Luft versorgbar. Hierzu ist eine Luftleitung 58 vorgesehen, welche von der Luft durchströmbar ist beziehungsweise durchströmt wird, die mittels der Luftpumpe 56 gefördert wird. Über die Luftleitung 58 kann der Brenner 48 mit der mittels der Luftpumpe 56 geförderten Luft versorgt werden. In der Kraftstoffleitung 52 ist ein Ventilelement 60 angeordnet, mittels welchem eine Menge des Kraftstoffes, mit dem der Brenner 48 versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, einstellbar, insbesondere regelbar, ist. In der Luftleitung 58 ist ein Ventilelement 62 angeordnet, mittels welchem eine Menge der Luft, mit welcher der Brenner 48 versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird, einstellbar ist.
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Dabei ist beispielsweise eine dem Brenner 48 zugeordnete elektronische Recheneinrichtung vorgesehen, welche als Steuergerät 64 bezeichnet wird. Das Steuergerät 64 ist beispielsweise dazu ausgebildet, das Ventilelement 60 anzusteuern, insbesondere zu steuern oder zu regeln. Hierdurch kann beispielsweise mittels des Steuergeräts 64 durch Ansteuern des Ventilelements 60 die Menge des Kraftstoffes, mit der der Brenner 48 versorgt wird, eingestellt, insbesondere geregelt oder gesteuert, werden. Alternativ oder zusätzlich ist beispielsweise das Ventilelement 62 von dem Steuergerät 64 ansteuerbar, insbesondere steuerbar oder regelbar. Somit kann beispielsweise das Steuergerät 64 durch Ansteuern, insbesondere durch Steuern oder Regeln, des Ventilelements 62 die die Luftleitung 68 durchströmende Menge der Luft, mit welcher der Brenner 48 versorgt wird, einstellen, insbesondere steuern oder regeln. Insbesondere kann hierdurch besonders bedarfsgerecht ein auch als Verbrennungsluftverhältnis bezeichnetes Verhältnis der Luft zu dem Kraftstoff, mit der beziehungsweise dem der Brenner 48 versorgt wird, eingestellt werden, sodass beispielsweise das auch als Lambda bezeichnete Verbrennungsluftverhältnis besonders präzise und bedarfsgerecht auf zirka 0,9 eingestellt werden kann. Insbesondere wird das Verbrennungsluftverhältnis in dem Brenner 48 eingestellt. Das Steuergerät 64 ist dabei beispielsweise dazu ausgebildet, das Verbrennungsluftverhältnis in Abhängigkeit von einer Temperatur der Abgasanlage 10, insbesondere in Abhängigkeit von einer Temperatur des Speicherkatalysators, einzustellen, insbesondere zu steuern oder zu regeln.
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Außerdem kann eine Leitung 66 vorgesehen sein, welche einerseits fluidisch mit dem Ansaugtrakt 24 und andererseits fluidisch mit der Luftleitung 58, insbesondere stromab der Luftpumpe 56 und stromauf des Ventilelements 62, verbunden ist. Mittels der Leitung 66 kann beispielsweise zumindest ein Teil der den Ansaugtrakt 24 durchströmenden Luft aus dem Ansaugtrakt 24 abgezweigt und in die Leitung 66 eingeleitet werden. Die aus dem Ansaugtrakt 24 abgezweigte und in die Leitung 66 eingeleitete Luft wird beispielsweise mittels der Leitung 66 zu der und insbesondere in die Luftleitung 58 geführt. Dadurch kann beispielsweise der Brenner 48 mit Luft aus dem Ansaugtrakt 24 versorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasanlage
- 12
- Verbrennungskraftmaschine
- 14
- Tank
- 16
- Niederdruckpumpe
- 18
- Hochdruckpumpe
- 20
- Injektor
- 22
- Zylinder
- 24
- Ansaugtrakt
- 26
- Abgastrakt
- 28
- Aufladeeinrichtung
- 30
- Abgasturbolader
- 32
- Verdichter
- 34
- Turbine
- 36
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 38
- Stickoxid-Speicherkatalysator
- 40
- Partikelfilter
- 42
- SCR-Katalysator
- 44
- Dosiereinrichtung
- 46
- Mischkammer
- 48
- Brenner
- 50
- Flamme
- 52
- Kraftstoffleitung
- 54
- Versorgungsleitung
- 56
- Luftpumpe
- 58
- Luftleitung
- 60
- Ventilelement
- 62
- Ventilelement
- 64
- Steuergerät
- 66
- Leitung
- S1
- Stelle
- V1
- Verbindungsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008032601 A1 [0002]
- DE 102010027984 A1 [0002]
