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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (λ=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Ferner sind Vier-Wege-Katalysatoren bekannt, welche die Funktionalität eines Drei-Wege-Katalysators und eines Ottopartikelfilters in einem Bauteil vereinen. Dabei wird eine katalytisch wirksame Beschichtung auf einen Partikelfilter aufgetragen, welche eine drei-Wege-katalytische Wirkung aufweist.
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Aufgrund der stetig besser werden Wirkungsgrade bei Ottomotoren ist eine Regeneration eines Partikelfilters oder eines Vier-Wege-Katalysators in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeugs nur in bestimmten Fahrzyklen ohne zusätzliche Heizmaßnahmen möglich. Eine motornahe Position des Partikelfilters erleichtert die Regeneration, da motornah in der Abgasanlage höhere Abgastemperaturen erreicht werden. Bei einem Vier-Wege-Katalysator führt eine motornahe Position und die hohe thermische Belastung des Vier-Wege-Katalysators dazu, dass die katalytische Beschichtung vorzeitig altert, sodass die Konvertierungsleistung für gasförmige Abgaskomponenten nachlässt und einen zusätzlichen Drei-Wege-Katalysator erforderlich machen kann. Ferner sind aus dem Stand der Technik Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche einen motornahen Drei-Wege-Katalysator mit einem nachgeschalteten unbeschichteten Partikelfilter aufweisen. Dabei muss jedoch der Drei-Wege-Katalysator relativ großvolumig ausgeführt werden, um die notwendige Konvertierungsleistung bereitstellen zu können. Dies kann insbesondere in engen Motorräumen zu Bauraumproblemen führen.
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Aus der
DE 10 2015 215 365 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt, welches einen motornahen Drei-Wege-Katalysator und einen dem Drei-Wege-Katalysator nachgeschalteten Ottopartikelfilter aufweist, welcher in einer Unterbodenposition eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Dabei ist in der Abgasanlage ein NOx-Speicherkatalysator vorgesehen, welcher periodisch regeneriert werden muss.
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Die WO 2005 / 113 126 A1 offenbart eine katalytische Beschichtung für einen Partikelfilter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters mit einer katalytischen Beschichtung. Der Partikelfilter ist vorzugsweise als Dieselpartikelfilter ausgeführt und weist eine katalytisch wirksame Beschichtung zur Konvertierung von Stickoxiden, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid auf.
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Aus der WO 2014 / 183 998 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Partikelfilter und einem dem Partikelfilter nachgeschalteten Drei-Wege-Katalysator bekannt. Dabei werden zur Ermittlung eines Beladungszustands des Partikelfilters die Partikelrohemissionen des Verbrennungsmotors ermittelt und der Partikeleintrag in den Partikelfilter und der Partikelaustrag aus dem Partikelfilter bilanziert.
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Nachteilig an den bekannten Lösungen ist jedoch, dass ein motornaher Partikelfilter einer hohen thermischen Alterung ausgesetzt ist und ein motorferner Partikelfilter nur schwierig zu regenerieren ist und zusätzliche innermotorische Heizmaßnahmen erfordert, welche zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors führen.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors zu verbessern und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden, um bei einem Verbrennungsmotor die Kaltstartemissionen weiter zu reduzieren und die dazu benötigte Energie zumindest teilweise zurückzugewinnen.
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Die Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor gelöst, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage des Abgasnachbehandlungssystems verbindbar ist, wobei die Abgasanlage einen Abgaskanal umfasst, in welchem stromabwärts des Auslasses als erste Komponente zur Abgasnachbehandlung ein motornaher Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts des motornahen Drei-Wege-Katalysators ebenfalls in motornaher Position ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet sind.
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Unter einer motornahen Position ist in diesem Zusammenhang eine Position in der Abgasanlage mit einer Abgaslauflänge von einem stirnseitigen Eingang des Vier-Wege-Katalysators von weniger als 80 cm, vorzugsweise von weniger als 50 cm, ab einem Auslass des Verbrennungsmotors zu verstehen. Durch ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem ist es möglich, die Abgasnachbehandlungskomponenten möglichst zeitnah nach einem Start des Verbrennungsmotors auf ihre jeweilige Light-Off-Temperatur aufzuheizen und somit eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Zudem wird durch die motornahe Anordnung des Vier-Wege-Katalysators eine Regeneration des Vier-Wege-Katalysators erleichtert. Dadurch können gegebenenfalls notwendige innermotorische Heizmaßnahmen zum Erreichen der Regenerationstemperatur zeitlich verkürzt werden oder komplett entfallen. Durch den motornahen Drei-Wege-Katalysator kann ein Katalysatorvolumen dargestellt werden, welches nur einer geringen Alterung unterliegt und thermisch stabiler und dauerhaltbarer als die katalytische Beschichtung des Vier-Wege-Katalysators ist. Zudem kann durch eine exotherme Umsetzung von unverbrannten oder teilverbrannten Abgaskomponenten auf dem Drei-Wege-Katalysator ein Aufheizen des Vier-Wege-Katalysators zur Einleitung einer Regeneration unterstützt werden. Zudem kann die „Reserve“ an Katalysatorvolumen bei dem Vier-Wege-Katalysator geringer ausfallen, um trotz einer Alterung und einer damit verbundenen Abnahme der Konvertierungsleistung noch ein hinreichendes Katalysatorvolumen darzustellen, da der Drei-Wege-Katalysator ein zusätzliches Katalysatorvolumen darstellt und zudem weniger stark altert.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch genannten Abgasnachbehandlungssystems möglich.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass stromabwärts des Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist. Um eine möglichst hohe Leistungsdichte bei einem Verbrennungsmotor zu erreichen, ist der Einsatz eines Abgasturboladers vorteilhaft. Die höhere Leistungsdichte führt jedoch auch zu einer tendenziell höheren Abgastemperatur, was die Alterung der katalytisch wirksamen Beschichtung des Vier-Wege-Katalysators zusätzlich begünstigt. Daher ist die Anordnung stromabwärts einer Turbine des Abgasturboladers besonders günstig, da ein Teil der im Abgas enthaltenen Energie durch die Turbine in Nutzleistung umgesetzt wird und das Abgas stromabwärts der Turbine kälter ist als stromaufwärts der Turbine.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drei-Wege-Katalysator und der Vier-Wege-Katalysator als ein gemeinsames Abgasnachbehandlungsmodul ausgeführt sind. Durch die Anordnung des Drei-Wege-Katalysators und des Vier-Wege-Katalysators in einem gemeinsamen Abgasnachbehandlungsmodul kann die Montage erleichtert werden. Dadurch reduziert sich der Montageaufwand, was die Kosten senkt. Zudem kann die Montage eines Abgasnachbehandlungsmoduls gerade in eng gepackten Motorräumen günstiger sein als die Montage zweier voneinander unabhängiger Abgaskomponenten, da leichter zugängliche Befestigungspunkte genutzt werden können.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Drei-Wege-Katalysator und der Vier-Wege-Katalysator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Durch die Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse kann besonders einfach ein Abgasnachbehandlungsmodul mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem Vier-Wege-Katalysator ausgebildet werden. Dabei ist eine Vormontage als Baugruppe besonders einfach. Insbesondere kann die Baugruppe zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem Vier-Wege-Katalysator eine Lambdasonde zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses des Verbrennungsmotors aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass das Abgaskanalsegment, welches den Drei-Wege-Katalysator und den Vier-Wege-Katalysator verbindet, krümmungsfrei ausgeführt ist. Durch einen krümmungsfreien Verlauf des Abgaskanals zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem Vier-Wege-Katalysator können die Strömungsverluste und damit der Abgasgegendruck minimiert werden. Dadurch kann ein zu starker Anstieg des Abgasgegendrucks vor dem Vier-Wege-Katalysator durch den Drei-Wege-Katalysator kompensiert werden, welcher ansonsten zu einer häufigeren Notwendigkeit der Regeneration des Vier-Wege-Katalysators und zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors führen würde.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drei-Wege-Katalysator und der Vier-Wege-Katalysator durch einen Spalt voneinander beabstandet sind, wobei der Spalt eine konduktive Wärmeübertragung zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem Vier-Wege-Katalysator unterbindet. Durch einen Spalt zwischen dem Drei-Wege-Katalysator und dem Vier-Wege-Katalysator kann ein konduktiver Wärmeübertrag von dem Drei-Wege-Katalysator auf den Vier-Wege-Katalysator verhindert werden. Somit wird die Wärme nur per Radiation und Konvektion von dem Drei-Wege-Katalysator auf den Vier-Wege-Katalysator übertragen. Somit kann die thermische Belastung für den Vier-Wege-Katalysator gesenkt und eine vorzeitige Alterung der katalytisch wirksamen Beschichtung des Vier-Wege-Katalysators verhindert werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn der Spalt eine Spaltbreite von 5 mm bis 50 mm aufweist. Der Spalt sollte dabei zum einen eine hinreichende Breite haben, um eine konduktive Wärmeübertragung zu verhindern und eine Wärmeübertragung mittels Radiation zu minimieren, zum anderen nicht zu groß sein, um eine kompakte Bauweise eines Abgasnachbehandlungsmoduls mit einem Drei-Wege-Katalysator und einem Vier-Wege-Katalysator zu ermöglichen. Dabei hat sich eine Spaltbreite von 5 mm bis 50 mm als besonders vorteilhaft herausgestellt, um einen bestmöglichen Kompromiss zwischen geringer Wärmeübertragung und kompakter Bauweise zu erzielen.
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In einer weiteren Verbesserung des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der Drei-Wege-Katalysator als eine metallische Katalysatorscheibe ausgeführt ist. Durch eine metallische Katalysatorscheibe kann der Drei-Wege-Katalysator besonders kompakt ausgeführt werden. Zudem erleichtert eine metallische Katalysatorscheibe eine Integration des Drei-Wege-Katalysators in das Gehäuse des Vier-Wege-Katalysators, wodurch ein einfaches und kompaktes Abgasnachbehandlungsmodul herstellbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das katalytisch wirksame Volumen des Drei-Wege-Katalysators kleiner als das katalytisch wirksame Volumen des Vier-Wege-Katalysators ist. Primäre Aufgabe des Drei-Wege-Katalysators ist es, die alterungsbedingte Reduzierung der Konvertierungsleistung des Vier-Wege-Katalysators zu kompensieren. Dadurch kann der Drei-Wege-Katalysator relativ klein und kompakt ausgeführt werden. Zudem begünstigt eine kleine und kompakte Ausführung des Drei-Wege-Katalysators das Aufheizen des Drei-Wege-Katalysators nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, wodurch schädliche Abgaskomponenten zeitnah nach einem Kaltstart in unlimitierte Abgaskomponenten konvertiert werden können.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das katalytisch wirksame Volumen des Drei-Wege-Katalysators zwischen 30 % und 70 % des katalytisch wirksamen Volumens des Vier-Wege-Katalysators liegt. Ein Katalysatorvolumen zwischen 30 % und 70 % stellt einen bestmöglichen Kompromiss bezüglich des benötigten Bauraumbedarfs für den Drei-Wege-Katalysator und der notwendigen Konvertierungsleitung dar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Abgasanlage des Verbrennungsmotors einflutig ausgebildet ist, wobei die Abgase aus sämtlichen Brennräumen des Verbrennungsmotors durch den Drei-Wege-Katalysator und den nachgeschalteten Vier-Wege-Katalysator geleitet werden. Insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit einflutigen Abgasanlagen, vorzugsweise von Drei-Zylinder- oder Vier-Zylinder-Reihenmotoren, kann das vorgeschlagene Abgasnachbehandlungssystem genutzt werden, um eine vollständige Abgasnachbehandlung des Abgasstroms durchzuführen und den Abgasstrom sowohl von Partikeln als auch von gasförmigen Schadstoffen zu befreien und diese in ungiftige Abgaskomponenten zu konvertieren.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage eines Abgasnachbehandlungssystems verbunden ist. Dabei umfasst die Abgasanlage einen Abgaskanal, in welchem stromabwärts des Auslasses als erste Komponente zur Abgasnachbehandlung ein motornaher Drei-Wege-Katalysator und stromabwärts des motornahen Drei-Wege-Katalysators ebenfalls in motornaher Position ein Vier-Wege-Katalysator angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass ein Abgasstrom des Verbrennungsmotors zunächst durch den motornahen Drei-Wege-Katalysator und anschließend durch den Vier-Wege-Katalysator geleitet wird.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, die Abgasnachbehandlungskomponenten möglichst zeitnah nach einem Start des Verbrennungsmotors auf ihre jeweilige Light-Off-Temperatur aufzuheizen und somit eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen im Abgas des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Zusätzlich kann die Regeneration des Vier-Wege-Katalysators durch eine exotherme Umsetzung der unverbrannten oder teilverbrannten Abgaskomponenten, insbesondere von Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff auf dem Drei-Wege-Katalysator begünstigt werden. Darüber hinaus kann die Dauerhaltbarkeit der katalytisch wirksamen Beschichtung des Vier-Wege-Katalysators verbessert werden, da der Vier-Wege-Katalysator im Normalbetrieb niedrigeren Temperaturen ausgesetzt ist als bei aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, bei denen der motornahe Vier-Wege-Katalysator als erste Komponente zur Abgasnachbehandlung angeordnet ist.
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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 unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
- 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor in einer schematischen Darstellung; und
- 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor in einer dreidimensionalen Darstellung.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, insbesondere einen fremdgezündeten Ottomotor, mit einer Mehrzahl von Brennräumen 12. In 1 ist beispielhaft ein Verbrennungsmotor 10 mit vier Brennräumen 12 dargestellt. Prinzipiell sind Verbrennungsmotoren 10 mit einer anderen Anzahl an Brennräumen 12 möglich. Der Verbrennungsmotor 10 ist vorzugsweise als direkteinspritzender Ottomotor ausgeführt. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zum Einspritzen eines brennbaren Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch als Ottomotor mit Saugrohreinspritzung ausgeführt sein, wobei der Kraftstoff stromaufwärts eines Einlasses des Verbrennungsmotors 10 in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 10 eingebracht wird. Ferner ist an jedem der Brennräume 12 eine Zündkerze 16 vorgesehen, um ein Kraftstoff-LuftGemisch zu entzünden und somit die Verbrennung in dem jeweiligen Brennraum 12 einzuleiten.
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Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 22 eines Abgasnachbehandlungssystems 20 verbunden, welche einen Abgaskanal 24 umfasst. In Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 24 ist stromabwärts einer Turbine 28 eines Abgasturboladers 26 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein motornaher Drei-Wege-Katalysator 30 und unmittelbar stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 30 ein motornaher Vier-Wege-Katalysator 36 vorgesehen. Der Drei-Wege-Katalysator 30 und der Vier-Wege-Katalysator 36 sind vorzugsweise als gemeinsames Abgasnachbehandlungsmodul 44 ausgeführt und in einem gemeinsamen Gehäuse 38 angeordnet. Dabei ist der Drei-Wege-Katalysator 30 mit seiner in Strömungsrichtung eines Abgasstroms durch den Abgaskanal 24 auslassseitigen Abströmstirnfläche durch einen Spalt 40 von der einlassseitigen Einströmstirnfläche des Vier-Wege-Katalysators 36 getrennt. Dadurch wird eine konduktive Wärmeübertragung von dem Drei-Wege-Katalysator 30 auf den Vier-Wege-Katalysator 36 unterbunden. Der Spalt 40 weist eine Spaltbreite von 5 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 15 mm - 35 mm auf.
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Der Drei-Wege-Katalysator 30 ist vorzugsweise als metallische Katalysatorscheibe 32 ausgeführt, welche mit dem Vier-Wege-Katalysator 36 in einem gemeinsamen Gehäuse 38 angeordnet ist. Dabei ist das Abgaskanalsegment 34 zwischen der Abströmfläche des Drei-Wege-Katalysators 30 und der Einströmfläche des Vier-Wege-Katalysators 36 krümmungsfrei ausgeführt, das heißt, der Abgaskanal 24 weist in diesem Abschnitt keine Biegungen auf, welche eine Umlenkung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 bewirken. Dadurch kann der Strömungswiderstand und damit verbunden der Abgasgegendruck reduziert werden. Zudem wird eine zusätzliche Verwirbelung des Abgasstroms vermieden, wodurch eine gleichmäßigere Anströmung des Querschnitts des Vier-Wege-Katalysators 36 erreicht wird. Das Abgasnachbehandlungsmodul 44 weist einen Einlassfächer 42 auf, in welchem sich der Querschnitt des Abgaskanal 24 vergrößert, um den Strömungsquerschnitt für die Katalysatoren 30, 36 zu vergrößern und somit mehr Katalysatorvolumen auf einem vergleichbar geringen Bauraum darstellen zu können. Ferner wird durch die Querschnittsvergrößerung die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms beim Durchströmen der Katalysatoren 30, 36 herabgesetzt, was die Konvertierungsleistung erhöht, da das Abgas mehr Zeit benötigt, um den jeweiligen Katalysator 30, 36 zu durchströmen. Stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 36 ist an dem Abgasnachbehandlungsmodul 44 ein Auslasstrichter 46 vorgesehen, welcher das Abgasnachbehandlungsmodel 44 mit dem weiterführenden Abgaskanal 48 in Richtung des Endschalldämpfers verbindet.
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Stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers und stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators 30, insbesondere stromaufwärts des Einlassfächers 42 des Abgasnachbehandlungsmoduls 44 ist eine erste Lambdasonde 52, insbesondere eine Breitbandsonde, angeordnet, um das Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors 10 zu regeln. Stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators 30 und stromaufwärts des Vier-Wege-Katalysators 36 ist eine zweite Lambdasonde 54 vorgesehen, mit welcher die Funktion des Drei-Wege-Katalysators 30 überwacht werden kann. Ferner kann die zweite Lambdasonde zur Steuerung des Abgasluftverhältnisses vor Eintritt in den Vier-Wege-Katalysator 36 genutzt werden. Dabei ist die zweite Lambdasonde 54 vorzugsweise in das Abgasnachbehandlungsmodul 44 integriert und in dem Spalt 40 zwischen dem Drei-Wege-Katalysator 30 und dem Vier-Wege-Katalysator 36 angeordnet. Alternativ kann die zweite Lambdasonde 54 auch stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 36 angeordnet sein.
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Ferner kann im Abgaskanal 24 mindestens ein Temperatursensor 56 und/oder ein Abgassensor 58, insbesondere ein NOx-Sensor vorgesehen sein, um die Temperatur und/oder die Schadstoffkonzentration im Abgasstrom zu messen und die Abgasnachbehandlung entsprechend anzupassen.
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Ein Abgasturbolader 26 trägt zwar prinzipiell zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors 10 bei, entzieht dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 über die Turbine 28 aber ebenfalls Enthalpie, welche zum Antrieb des Verdichters des Abgasturboladers 26 genutzt wird. Dadurch wird die Abgastemperatur TEG vor Eintritt in das Abgasnachbehandlungsmodul 44 abgesenkt, wodurch die thermische Belastung für den Vier-Wege-Katalysator 36 reduziert wird. Dadurch kann die Dauerhaltbarkeit der katalytisch wirksamen Beschichtung des Vier-Wege-Katalysators 36 erhöht werden.
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Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 50 verbunden, welches unter anderem den Zündzeitpunkt und die in die Brennräume 12 mittels der Kraftstoffinjektoren 14 eingebrachte Kraftstoffmenge regelt. Das Motorsteuergerät 50 ist ferner mit den Lambdasonden 52, 54 sowie mit dem Temperatursensor 56 und dem Abgassensor 58 verbunden, um das Verbrennungsluftverhältnis in Bezug auf die Abgasemissionen und die Abgastemperatur TEG zu optimieren.
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In 2 ist ein Verbrennungsmotor 10 mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem 20 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist bei dieser dreidimensionalen Darstellung zu erkennen, dass der Abgaskanal 24 stromabwärts der Turbine 28 des Abgasturboladers 26 eine Umlenkung um ca. 90° aufweist, sodass das Abgasnachbehandlungsmodul 44 besonders platzsparend im Motorraum angeordnet werden kann. Stromabwärts des Abgasnachbehandlungsmoduls 44 verengt sich der Querschnitt in dem Auslasstrichter 46, welcher das Abgasnachbehandlungsmodul 44 mit dem weiterführenden Abgaskanal 48 verbindet. Stromabwärts des Vier-Wege-Katalysators 36, insbesondere stromabwärts des Auslasstrichters 46 kann eine Verzweigung für eine Niederdruck-Abgasrückführung vorgesehen sein, an welcher ein Teilstrom des Abgasstroms aus dem weiterführenden Abgaskanal 48 entnommen werden kann und der Frischluft im nicht dargestellten Ansaugtrakt stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers 26 beigemengt werden kann. Dadurch können die Rohemissionen des Verbrennungsmotors 10 gesenkt werden, was insbesondere bei dynamischen Lastwechseln die Partikelrohemissionen des Verbrennungsmotors 10 senken kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennraum
- 14
- Kraftstoffinjektor
- 16
- Zündkerze
- 18
- Auslass
- 20
- Abgasnachbehandlungssystem
- 22
- Abgasanlage
- 24
- Abgaskanal
- 26
- Abgasturbolader
- 28
- Turbine
- 30
- Drei-Wege-Katalysator
- 32
- Katalysatorscheibe
- 34
- Abgaskanalsegment
- 36
- Vier-Wege-Katalysator
- 38
- Gehäuse
- 40
- Spalt
- 42
- Einlassfächer
- 44
- Abgasnachbehandlungsmodul
- 46
- Auslasstrichter
- 48
- weiterführender Abgaskanal
- 50
- Motorsteuergerät
- 52
- erste Lambdasonde
- 54
- zweite Lambdasonde
- 56
- Temperatursensor
- 58
- Abgassensor
- TEG
- Abgastemperatur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015215365 A1 [0004]
