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Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 199 59 303 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Abgasanlage weist ein von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Abgasrohr auf, welches einen von dem das Abgasrohr durchströmenden Abgas durchströmbaren Strömungsquerschnitt und zumindest eine Einleitstelle aufweist. An der Einleitstelle ist Sekundärluft in das Abgasrohr einleitbar. Die Abgasanlage umfasst außerdem wenigstens ein stromab der Einleitstelle angeordnetes und über den Strömungsquerschnitt mit dem den Strömungsquerschnitt durchströmenden Abgas versorgbares und dadurch von dem den Strömungsquerschnitt durchströmenden Abgas durchströmbaren Abgasnachbehandlungselement, mittels welchem das das Abgasanlage durchströmende Abgas nachbehandelt werden kann. Außerdem ist ein stromab der Einleitstelle und stromauf des Abgasnachbehandlungselements in dem Abgasrohr angeordnetes Zündelement angeordnet, mittels welchem ein Gemisch gezündet werden kann, welches die in das Abgasrohr eingeleitete Sekundärluft und, insbesondere unverbrannte, Kraftstoffbestandteile umfasst.
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Außerdem offenbart die
DE 101 62 738 A1 eine Katalysatorvorrichtung mit Brennkammer zur Verbrennung eines brennbaren Gemisches für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisiert werden kann.
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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 ein besonders emissionsgünstiger Betrieb realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Zündelement ein sich über den gesamten Strömungsquerschnitt erstreckendes und von dem gesamten, den Strömungsquerschnitt durchströmenden Abgas durchströmbares Zündgitter ist, mittels welchem das Gemisch unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu zünden ist. Dies bedeutet, dass das Zündgitter mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgbar ist, insbesondere derart, dass der elektrische Strom durch zumindest einen Teilbereich des Zündgitters, insbesondere durch das gesamte Zündgitter, hindurchfließen kann. Hierdurch wird das Zündgitter erwärmt, sodass dann, wenn das Gemisch, beispielsweise zusammen mit dem Abgas, durch das Zündgitter hindurchströmt, das Gemisch gezündet und verbrannt wird. Dadurch kann das Abgas erwärmt werden. Mit anderen Worten kann hierdurch eine besonders hohe Temperatur des Abgases realisiert werden. Das erwärmte und die hohe, auch als Abgastemperatur bezeichnete Temperatur aufweisende Abgas, kann dann das Abgasnachbehandlungselement durchströmen, wodurch das Abgasnachbehandlungselement erwärmt wird.
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Da sich das Zündelement über den gesamten Strömungsquerschnitt des Abgasrohrs erstreckt, erfolgt sozusagen durch das Zündelement (Zündgitter) eine vollständige Erfassung einer durch das Gemisch und gegebenenfalls zusätzlich durch das Abgas gebildeten Gasströmung, die vollständig beziehungsweise über den gesamten Strömungsquerschnitt und somit über den gesamten Querschnitt der Gasströmung erwärmt und gezündet wird. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt wird mittels des Zündgitters das Gemisch beziehungsweise eine zumindest das Gemisch und vorzugsweise auch das Abgas umfassende Gasströmung nicht wie bei herkömmlichen Lösungen nur lokal gezündet, sondern die Gasströmung wird über ihren gesamten Querschnitt hinweg und somit zumindest im Wesentlichen Gleichmäßig gezündet, sodass eine effektive und effiziente Erwärmung des Abgases und in der Folge eine effektive und effiziente Erwärmung des Abgasnachbehandlungselements, welches beispielsweise als ein Katalysator, insbesondere als ein Drei-Wege-Katalysator ausgebildet sein kann, realisiert werden kann.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Um einen hinreichend emissionsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist es insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine als ein Ottomotor ausgebildet ist, besonders vorteilhaft, das vorzugsweise als Katalysator, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, ausgebildete Abgasnachbehandlungselement insbesondere nach einem Start der Verbrennungskraftmaschine schnellstmöglich zu erwärmen und dadurch auf seine Light-Off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur oder sogar über die Anspringtemperatur zu bringen, ab welcher das Abgasnachbehandlungselement das Abgas vorteilhaft nachbehandeln kann. Zum Erwärmen des Abgasnachbehandlungselements sind innermotorische, das heißt innermotorisch umgesetzte oder umsetzbare Verfahren bekannt beziehungsweise möglich, die auch als Katheizverfahren bezeichnet werden. Die bekannten Katheizverfahren sind in einem Steuergerät zum Steuern oder Regeln der Verbrennungskraftmaschine implementiert. Nachteilig bei den herkömmlichen Katheizverfahren ist, dass es einige Zeit erfordert, um das Abgasnachbehandlungselement hinreichend aufzuheizen. Während dieser Zeit kann das Abgasnachbehandlungselement gegebenenfalls das Abgas nicht hinreichend nachbehandeln, insbesondere derart, dass Emissionen beziehungsweise im Abgas enthaltene Bestandteile hinreichend konvertiert werden.
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Eine weitere Methode zum Heizen des Abgases beziehungsweise des Abgasnachbehandlungselements kann sein, ein Sekundärluftsystem beziehungsweise Sekundärluft zu verwenden. Sie Sekundärluft wird an der Einleitstelle in das Abgasrohr und somit in das das Abgasrohr durchströmende Abgas eingeleitet, insbesondere eingeblasen. Vorzugsweise umgeht die Sekundärluft alle Brennräume der Verbrennungskraftmaschine und stammt somit nicht aus einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, sodass die Sekundärluft vorzugsweise auf ihrem Weg in das Abgasrohr nicht verbrannt wird beziehungsweise nicht für eine Verbrennung genutzt wird, das heißt nicht an einer Verbrennung teilnimmt. Die Sekundärluft enthält somit eine vorteilhafte Menge an Sauerstoff, wobei die Sekundärluft dadurch, dass sie alle Brennräume der Verbrennungskraftmaschine umgeht, einen befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, in deren befeuerten Betrieb in den Brennräumen Verbrennungsvorgänge ablaufen, nicht beeinflusst. Der in der Sekundärluft enthaltene Sauerstoff ist Bestandteil des Gemisches und wird durch Zünden des Gemisches genutzt, um die insbesondere unverbrannten Kraftstoffbestandteile, insbesondere unter Freisetzung von Wärme, zu verbrennen, mithin zu oxidieren. Die Kraftstoffbestandteile sind beispielsweise unverbrannter Kraftstoff, welcher insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine aus wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine stammt.
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Die Verwendung der Sekundärluft ermöglicht es, die Abgastemperatur und somit das Abgasnachbehandlungselement besonders schnell aufzuheizen. Hierzu wird die Verbrennungskraftmaschine beispielsweise innermotorisch fett, das heißt mit einem Verbrennungsluftverhältnis betrieben oder gefahren, welches keiner als 1 ist und auch als Lambda (λ) bezeichnet wird. Die Sekundärluft wird an der auch als Position bezeichneten Einleitstelle, welche vorzugsweise stromab von Auslassventilen angeordnet ist, in das Abgasrohr eingebracht. Beispielsweise wir die Sekundärluft in jeden Krümmerkanal eines Abgaskrümmers nach den Auslassventilen einzeln oder aber stromab einer Turbine eines Abgasturboladers in das Abgasrohr eingebracht. Bei entsprechend hoher beziehungsweise heißer Abgastemperatur kann die in das Abgasrohr und somit in das Abgas eingebrachte Sekundärluft mit im Abgas enthaltenem, unverbranntem Kraftstoff, mithin mit den Kraftstoffbestandteilen reagieren, insbesondere in Folge der Zündung des Gemisches. Hieraus resultiert oder hierdurch entsteht eine Nachoxidation, in deren Rahmen die Kraftstoffbestandteile mit dem Sauerstoff aus der Sekundärluft oxidiert werden. Die Nachoxidation heizt das Abgasnachbehandlungselement auf. die Abgastemperatur sollte jedoch hoch genug sein, dass eine Reaktion der Sekundärluft mit den unverbrannten Kraftstoffbestanteilen in dem Abgas stattfindet, mithin, dass das Gemisch gezündet und schließlich verbrannt wird. Bis jedoch das Abgas hinreichend heiß ist, um die Reaktion der Sekundärluft beziehungsweise des Sauerstoffes als Sekundärluft mit den Kraftstoffbestandteilen zu bewirken, mithin das Gemisch zu zünden, können wertvolle Sekunden vergehen, welche ansonsten genutzt werden könnten, um das Abgasnachbehandlungselement aufzuheizen.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Zündgitter ist nun ein Zündsystem, welches beispielsweise in einem Flansch des zuvor genannten Abgasturboladers, insbesondere der zuvor genannten Turbine, oder in einem Flansch des Abgasnachbehandlungselements angeordnet sein kann. Das Zündsystem (Zündgitter) kann das die Sekundärluft und die unverbrannten Kraftstoffbestandteilen umfassende Gemisch im Abgas zur Zündung bringen, sodass die zuvor beschriebene Nachoxidation bewirkt werden kann, und zwar noch bevor das aus den Brennräumen stammende Abgas an sich heiß genug für eine automatische Reaktion der Sekundärluft beziehungsweise des Sauerstoffes der Sekundärluft mit den Kraftstoffbestandteilen ist. Dadurch, dass das Zündgitter über den gesamten Strömungsquerschnitt verläuft, mithin über den gesamten Strömungsquerschnitt verteilt ist, kann eine Zündung des Gemisches für zumindest nahezu alle Strömungsausprägungen des Gemisches beziehungsweise des Abgases sichergestellt werden.
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Das Zündgitter ist beispielsweise ein Glühgitter, welches ähnlich einer Glühkerze, insbesondere elektrisch angesteuert wird und dadurch sehr hohe Temperaturen erreichen kann. Das Glühgitter wird auch als Glühnetz bezeichnet oder ist zumindest im Wesentlichen netzförmig, das heißt es weist die Form eines Netzes auf, sodass das Glühgitter eine Netzgeometrie aufweisen kann. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Glühgitter von dem Abgas beziehungsweise von dem Gemisch durchströmbare Maschen aufweisen kann, welche beispielsweise durch zumindest im Wesentlichen linienförmige und beispielsweise als Festkörper ausgebildete Wandungen des Zündgitters, insbesondere vollumfänglich, begrenzt sind. Die Netzgeometrie kann variabel gewählt werden. So ist beispielsweise eine diagonale Ausrichtung der linienförmigen Wandungen denkbar. Beispielsweise sind die Wandungen Drähte, welche auch als Glühdrähte oder Heizdrähte bezeichnet werden. Somit ist eine diagonale Ausrichtung der Glühdrähte denkbar, sodass beispielsweise die Drähte beziehungsweise zumindest zwei der Drähte diagonal zueinander verlaufen können. Durch die Erstreckung des Glühgitters über den gesamten Strömungsquerschnitt kann der komplette Strömungsbereich des Abgases und somit des Gemisches erfasst werden.
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Bei Nutzung einer bekannten Glüh- oder Zündkerze, mittels welcher das Gemisch nur punktuell beziehungsweise lokal gezündet werden könnte, kann es passieren, dass eine Position der Glüh- beziehungsweise Zündkerze nicht für alle Strömungszustände optimal ist und es trotz Versorgung der Glüh- beziehungsweise Zündkerze mit elektrischem Strom nicht rechtzeitig zu einer Reaktion, das heißt zu der Zündung des Gemisches kommt. Dies kann nun durch die Erfindung vermieden werden. Somit kann durch die Erfindung ein besonders emissionsarmer Betrieb, insbesondere während eines Kaltstarts, der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Außerdem kann durch das Zündgitter die Zündung des Gemisches unabhängig von dessen Strömungsverlauf sichergestellt werden.
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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. ausschnittsweise eine schematische und perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht eine Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Während ihres befeuerten Betriebs laufen in Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine Verbrennungsvorgänge ab, woraus Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Das Abgas, dessen Strömung durch die Abgasanlage 10 in der Fig. durch Pfeile 12 und 14 veranschaulicht ist, kann durch die Abgasanlage 10 hindurchströmen. Dabei weist die Abgasanlage 10 ein von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbares Abgasrohr 16 auf, welches einen von dem, insbesondere gesamten, das Abgasrohr 16 durchströmenden Abgas durchströmbaren Strömungsquerschnitt Q aufweist. Des Weiteren weist das Abgasrohr 16 eine in der Fig. nicht erkennbare Einleitstelle auf, an welcher Sekundärluft in das Abgasrohr 16 und somit in das das Abgasrohr 16 durchströmende Abgas einleitbar ist. Die Sekundärluft wird auch als Luft bezeichnet und umgeht die beziehungsweise alle Brennräume der Verbrennungskraftmaschine.
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Die Abgasanlage 10 weist außerdem wenigstens ein in der Fig. nicht erkennbares und beispielsweise als Drei-Wege-Katalysator ausgebildetes Abgasnachbehandlungselement auf, mittels welchem das Abgas nachbehandelt werden kann. Das Abgasnachbehandlungselement ist über den Strömungsquerschnitt Q mit dem den Strömungsquerschnitt Q durchströmenden Abgas versorgbar. Dies bedeutet, dass das Abgas zunächst durch den Strömungsquerschnitt Q und daraufhin durch das Abgasnachbehandlungselement hindurchströmt, sodass das Abgasnachbehandlungselement von dem, insbesondere gesamten, dem Strömungsquerschnitt Q durchströmenden Abgas durchströmbar ist.
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Die Abgasanlage 10 umfasst außerdem ein stromab der Einleitstelle und stromauf des Abgasnachbehandlungselements in dem Abgasrohr 16 angeordnetes Zündelement 18 mittels welchem ein insbesondere das Abgasrohr 16 durchströmendes Gemisch, dessen Strömung zumindest durch den Pfeil 12 veranschaulicht ist, gezündet und dadurch verbrannt werden kann. Das Gemisch umfasst die in das Abgasrohr 16 eingeleitete Sekundärluft und somit in der Sekundärluft enthaltenen Sauerstoff. Außerdem umfasst das Gemisch unverbrannte Kraftstoffbestandteile, welche beispielsweise auch wenigstens einem der Brennräume dadurch stammen, dass der wenigstens eine Brennraum fett, das heißt mit einem gegenüber 1 geringeren Verbrennungsluftverhältnis betrieben wird.
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Das Gemisch kann zusammen mit dem Abgas durch das Abgasrohr 16 strömen und zu dem Zündelement 18 strömten. An dem Zündelement 18 und mittels des Zündelements 18 wird das Gemisch gezündet, wodurch die Sekundärluft, insbesondere der in der Sekundärluft enthaltene Sauerstoff, mit den unverbrannten Kraftstoffbestandteilen reagiert, insbesondere derart, dass die unverbrannten Kraftstoffbestandteile mit dem Sauerstoff, insbesondere unter Freisetzung von Wärme, oxidiert werden. Mit anderen Worten werden die unverbrannten Kraftstoffbestandteile verbrannt. Dadurch wird das Abgas effektiv und effizient erwärmt, sodass der Pfeil 14 insbesondere das durch die Zündung und Verbrennung des Gemisches erwärmte Abgas, insbesondere dessen Strömung, veranschaulicht. Das Abgasrohr 16 beziehungsweise zumindest ein Teil T des Abgasrohrs 16 ist beispielsweise ein Flansch, welcher ein Flansch eines Abgasturboladers, insbesondere einer Turbine des Abgasturboladers, sein kann. Ferner ist es denkbar, dass der Flansch ein Flansch des Abgasnachbehandlungselements ist. Das durch die Zündung und Verbrennung des Gemisches erwärmte Abgas kann durch das Abgasnachbehandlungselement hindurchströmen, wodurch das Abgasnachbehandlungselement erwärmt wird. Das Gemisch bildet beispielsweise zusammen mit dem Abgas eine Gasströmung, die durch den Pfeil 12 veranschaulicht ist und durch das Abgasrohr 16 hindurchströmt und zu dem Zündelement 18 strömt.
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Um nun das Gemisch besonders sicher, das heißt in zumindest nahezu allen Strömungszuständen der Gasströmung zünden und somit die zuvor genannte Reaktion in zumindest nahezu allen Strömungszuständen der Gasströmung sicherstellen zu können, ist das Zündelement 18 als ein sich über den gesamten Strömungsquerschnitt Q erstreckendes und von dem gesamten, den Strömungsquerschnitt durchströmenden Abgas beziehungsweise von der gesamten Gasströmung durchströmbares Zündgitter 20 ausgebildet, mittels welchem das Gemisch unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu zünden ist beziehungsweise gezündet wird. Das Zündgitter 20 wird auch als Glühgitter bezeichnet.
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Zum Zünden des Gemisches wird das Zündgitter 20 mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, welcher durch das Zündgitter 20 hindurchfließt. Hierdurch wird das Zündgitter 20 erwärmt, sodass sich das Gemisch dann, wenn es in Kontakt mit dem erwärmten Zündgitter 20 kommt, an dem Zündgitter 20 entzündet. In der Folge kann das Abgasnachbehandlungselement effektiv und effizient erwärmt werden. Insgesamt ist erkennbar, dass das Zündgitter 20 von dem gesamten, den Strömungsquerschnitt Q durchströmenden Abgas durchströmbar ist, sodass eine zumindest im Wesentlichen homogene Zündung des Gemisches realisiert werden kann.
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Das Zündgitter 20 ist durch zumindest im Wesentlichen linienförmige Wandungen in Form von Drähten 22 und 24 gebildet, wobei die Drähte 22 parallel zueinander und die Drähte 24 parallel zueinander verlaufen. Ferner verlaufen die Drähte 22 senkrecht zu den Drähten 24. Hierdurch sind durch die Drähte 22 und 24 vollumfänglich von dem Abgas durchströmbare Maschen des Zündgitters 20 gebildet, insbesondere nach Art eines Netzes. Dadurch kann das Gemisch über den gesamten Strömungsquerschnitt Q gezündet werden, sodass das Abgas effektiv, effizient und schnell aufgeheizt werden kann. In der Folge kann das Abgasnachbehandlungselement effektiv, effizient und schnell aufgeheizt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abgasanlage
- 12
- Pfeil
- 14
- Pfeil
- 16
- Abgasrohr
- 18
- Zündelement
- 20
- Zündgitter
- 22
- Draht
- 24
- Draht
- Q
- Strömungsquerschnitt
- T
- Teil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19959303 A1 [0002]
- DE 10162738 A1 [0003]