AT524940B1

AT524940B1 - Verfahren zur schnellkühlung

Info

Publication number: AT524940B1
Application number: ATA50417/2021A
Authority: AT
Inventors: Eichberger Martin; Hodzic BSc Benjamin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-11-15
Also published as: AT524940A4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellkühlung zumindest einer Komponente (4) einer Abgasanlage (3) einer Brennkraftmaschinen (2) nach einem Warmtest, wobei die Abgasanlage (3) mit - insbesondere komprimierter - Kühlgas gekühlt wird, wobei das Kühlgas auf eine definierte Temperatur temperiert wird und unmittelbar im Anschluss an den durchgeführten Warmtest in einen Abgasströmungsweg (7) der Abgasanlage (3) stromaufwärts der zu kühlenden Komponente (4) eingeblasen wird. Um die Gesamtdauer der Schnellkühlung der Abgasanlage nach einem Warmtest zu verringern ist vorgesehen, dass für die Temperierung des Kühlgases die Temperatur des Kühlgases nach einer Führungsgröße (F) geregelt wird, wobei die Führungsgröße (F) durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur (T2) des nicht temperierten Kühlgases und der aktuellen Kalttemperatur (T1) der Abgasanlage (3) gebildet wird.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schnellkühlung zumindest einer Komponente einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschinen nach einem Warmtest, wobei die Abgasanlage mit insbesondere komprimiertem - Kühlgas gekühlt wird, wobei das Kühlgas auf eine definierte Temperatur temperiert wird und unmittelbar im Anschluss an den durchgeführten Warmtest in einen Abgasströmungsweg der Abgasanlage stromaufwärts der zu kühlenden Komponente eingeblasen wird, wobei vorzugsweise die Komponente durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildet wird.

[0002] Weiters betrifft die Erfindung eine Prüfstandanordnung zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung zumindest einer Komponente der Abgasanlage, wobei die Kühleinrichtung insbesondere zumindest eine Gaspumpe oder ein Gebläse und insbesondere zumindest eine Kühlgasleitung zur Zuführung des Kühlgases zur Komponente aufweist, sowie mit zumindest einer Temperiervorrichtung zur thermischen Temperierung des Kühlgases.

[0003] Um auf Prüfständen eine möglichst hohe Anzahl an Warmtests- also gefeuerten Testbetrieben von Brennkraftmaschinen - pro Tag liefern zu können, wird für das Temperieren der Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen üblicherweise eine Schnellkühlanlage verwendet. Dabei wird auch die Abgasanlage durch Einblasen von Druckluft gekühlt. Aus Bauteilschutzgründen (thermisch induzierte mechanische Spannungen) und vermutetem Emissions-Einfluss (durch Sauerstoffeinlagerung im Katalysator) muss nach einem Testzyklus allerdings gewartet werden, bis alle Teile der Abgasanlage unter eine vorgegebene Temperatur abkühlen. Die vom Erstausrüster meist vorgegebene Temperatur liegt üblicherweise zwischen 150 °C und 400 °C. Erst dann wird die Schnellkühlung durch Einblasen von kühler Druckluft in die Abgasanlage mit einer Temperatur von etwa 18° bis 20°C gestartet. Dabei handelt es sich um die Temperatur beim Einblasen. Die ausströmende Druckluft ist durch die Expansion zumeist kühler. Bis zum Start der Einblasung der kühlen Druckluft wird die Abgasanlage nur von außen (beispielsweise durch Anblasen oder mittels Fahrtwindgebläse) gekühlt. Diese Abkühlphase, bis zum Erreichen der vorgegebenen Starttemperatur für die Drucklufteinblasung, kann zwischen 20 und 30 Minuten dauern. Damit beträgt die Gesamtdauer der Schnellkühlung der Abgasanlage etwa 50 Minuten plus etwa 10 Minuten Wartezeit zum Angleichen von möglichen Temperatur-„Nestern“.

[0004] Die JP H0915102 A offenbart eine Vorrichtung zur Durchführung von Abgasanalysen bei einem Motor eines Kraftfahrzeuges bei niedrigen Temperaturen. Dabei ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung vor Beginn der Messungen durch Anblasen mit oder Einblasen von Kühlluft auf eine definierte Innentemperatur gebracht wird. Die Kühlluft wird in einem Wärmetauscher gekühlt, wobei der Durchfluss des Kühlmediums anhand der Temperatur der gekühlten Kühlluft geregelt wird.

[0005] Die DE 102017123916 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, wobei ein Teil des vom Katalysator ausgestoßenen Abgasstroms abgeleitet, gekühlt, komprimiert, gespeichert und stromaufwärts des Katalysators zu dessen Kühlung beigemischt wird.

[0006] Die DE 10053674 A1 offenbart ein Verfahren zur Kühlung eines Abgasstroms durch einen Katalysator durch Zuführen eines in einem Wärmetauscher temperierten Ladeluftteilstroms.

[0007] Die Veröffentlichung DE10145916 A1 zeigt ein Verfahren zur Abkühlung eines Abgaskatalysators mit Hilfe eines Wärmetauschers, einer Bypassleitung und einer Steuereinrichtung zur Aufteilung des Abgasstroms. Dabei wird über einen Temperatursensor die Ist-Abgastemperatur des in den Abgaskatalysator einströmenden Abgases bzw. die Ist-Katalysatortemperatur gemessen.

[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, die Gesamtdauer der Schnellkühlung der Abgasanlage nach einem Warmtest zu verringern.

[0009] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass für die Temperierung des Kühlgases die Temperatur des Kühlgases nach einer Führungsgröße geregelt wird, wobei die

Führungsgröße durch eine Temperaturdifferenz zwischen dem nicht temperierten Kühlgas und der aktuellen Kalttemperatur der Abgasanlage gebildet wird. Unter Kalttemperatur ist dabei die Temperatur der Abgasanlage nach Beenden des Warmtests zu verstehen. Vorzugsweise wird die Kalttemperatur an einer Messstelle im Bereich des Abgaseintrittes in die Abgasnachbehandlungseinrichtung gemessen. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ein Abgaskatalysator sein.

[0010] Durch Temperieren, insbesondere Aufheizen, des Kühlgases und Regelung von deren Temperatur auf die Temperatur der Messstelle am Abgaseintritt der Abgasnachbehandlungseinrichtung, kann unmittelbar nach Beenden eines Warmtests mit der Schnellkühlung der Abgasanlage durch Einblasen des erwärmten Kühlgases in die Abgasnachbehandlungseinrichtung begonnen werden. Eine Bauteilschädigung durch thermisch induzierte mechanische Spannungen kann damit ausgeschlossen werden.

[0011] Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Kühlanordnung mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung zumindest einer Komponente der Abgasanlage, wobei die Kühleinrichtung insbesondere zumindest eine Gaspumpe oder ein Gebläse und insbesondere zumindest eine Kühlgasleitung aufweist. Die Kühleinrichtung kann vorteilhaft alternativ auch einen Druckbehälter wie eine Gasflasche oder einen Gastank aufweisen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlanordnung zumindest eine erste Temperaturmessvorrichtung zur Messung der aktuellen Kalttemperatur der zu kühlenden Komponente der Abgasanlage, eine zweite Temperaturmessvorrichtung zur Messung der Temperatur des nichttemperierten Kühlgases und zumindest eine Temperiervorrichtung zur thermischen Temperierung des Kühlgases aufweist.

[0012] Für das Erwärmen der Kühlluft stehen im Rahmen der vorliegenden Erfindung mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, welche isoliert oder in Kombination durchgeführt werden können.

[0013] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperierung des Kühlgases zumindest teilweise durch ein elektrisches Heizelement und/oder durch einen Wärmetauscher erfolgt. Dadurch kann beispielsweise durch frische Kühlluft gebildetes Kühlgas vor Eintritt in den Abgasströmungsweg erwärmt werden. Die Kühlluft wird dabei auf die durch die Führungsgröße vorgegebene gewünschte Temperatur erhitzt. Auch eine dynamische Regelung der Temperatur der Kühlluft, abhängig von der aktuellen Kalttemperatur an der Messstelle, ist möglich.

[0014] Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist das Kühlgas durch - insbesondere stromabwärts der Komponente dem Abgasströmungsweg entnommenes - Abgas gebildet, wobei vorzugsweise das Abgas durch ein Gebläse oder eine Gaspumpe gefördert wird. Das in diesem Fall durch Abgas gebildete Kühlgas wird beispielsweise durch das elektrische Heizelement und/oder den Wärmetauscher auf eine gewünschte Temperatur temperiert und über eine Kühlgasleitung stromaufwärts der Komponente in den Abgasströmungsweg eingebracht. Das Kühlgas kann dabei beispielsweise - je nach Bedarf - durch das elektrische Heizelement erwärmt werden und mittels des Wärmetauschers gekühlt werden. Dadurch ist es möglich, den Einfluss der Sauerstoffeinlagerung auszuschalten.

[0015] Eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Temperierung der Kühlluft durch direkte Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlluft erfolgt, wobei vorzugsweise Abgas - beispielsweise am Ende des Warmtests - aus dem Abgasströmungsweg - vorzugsweise stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung - entnommen und der Kühlluft zugeführt, also mit Kühlluft vermischt, wird.

[0016] Die Temperiervorrichtung weist dabei günstigerweise eine Abgasentnahmeleitung zum Entnehmen von Abgas aus dem Abgasströmungsweg und eine Zumischeinheit zum Zumischen des Abgases zur Kühlluft auf, wobei vorzugsweise in der Abgasentnahmeleitung ein Regelventil angeordnet ist. Dadurch kann vor allem der Emissionseinfluss durch die Sauerstoffeinlagerung in der Abgasnachbehandlungseinrichtung verhindert bzw. minimiert werden. Durch Beimischen des warmen Abgases zur Kühlluft kann die dem Abgasströmungsweg zugeführte Kühlluft auf die durch die Führungsgröße vorgegebene gewünschte Temperatur erwärmt werden.

[0017] Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Temperierung des Kühlgases durch indirekte Wärmeübertragung zwischen Abgas und dem durch Kühlluft gebildeten Kühlgas erfolgt, wobei vorzugsweise Abgas aus dem Abgasströmungsweg über zumindest eine Wärmetauschfläche - insbesondere eines Abgas/Luft-Wärmetauschers - erwärmt wird. Die Wärmetauschfläche ist zwischen einer abgasführenden und einer kühlgasführenden Komponente angeordnet und dient zur Übertragung der Abgaswärme an das Kühlgas.

[0018] Dadurch kann die Dauer der Kühlung der Abgasanlage um 20 % bis 40 %, je nach Aufbau, verkürzt werden, was eine deutliche Effizienzsteigerung des Prüfbetriebs mit sich bringt.

[0019] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den nicht einschränkenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Darin zeigen schematisch:

[0020] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Prüfstandanordnung gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante,

[0021] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Prüfstandanordnung gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante,

[0022] Fig. 3 eine erfindungsgemäße Prüfstandanordnung gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante und

[0023] Fig. 4 eine erfindungsgemäße Prüfstandanordnung gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante.

[0024] Die Figuren zeigt schematisch jeweils eine erfindungsgemäße Prüfstandanordnung 1 für Brennkraftmaschinen 2 mit einer Abgasanlage 3 in welcher zumindest eine beispielsweise durch eine Abgasrückführeinrichtung - insbesondere einen Katalysator - gebildete zu kühlende Komponente 4 angeordnet ist.

[0025] Die Prüfstandanordnung 1 weist eine Kühleinrichtung 5 zur Kühlung zumindest einer Komponente 4 der Abgasanlage 3 auf. Die Kühleinrichtung 5 weist zumindest eine Gaspumpe 6 oder zumindest ein Gebläse, zumindest eine stromaufwärts der Komponente 4 in den Abgasströmungsweg 7 der Abgasanlage einmündende Kühlgasleitung 8, zumindest eine erste Temperaturmessvorrichtung 9 zur Messung der aktuellen Kalttemperatur T1 der zu kühlenden Komponente 4 der Abgasanlage 3, zumindest eine zweite Temperaturmessvorrichtung 10 zur Messung der Temperatur T2 des nichttemperierten Kühlgases und zumindest eine Temperiervorrichtung 11 zur thermischen Temperierung des Kühlgases auf.

[0026] Die Temperiervorrichtung 11 weist einen Regler 12 für die Temperierung des Kühlgases auf. Die Temperatur des Kühlgases ist nach einer Führungsgröße F regelbar, wobei die Führungsgröße F durch die Temperaturdifferenz zwischen dem nicht temperierten Kühlgas und der aktuellen Kalttemperatur T1 der Abgasanlage 3, insbesondere der Komponente 4, gebildet wird.

[0027] Zur Erwärmung des Kühlgases kann die Temperiervorrichtung 11 unterschiedlich ausgebildet sein.

[0028] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsvariant, bei der das Kühlgas durch externe Kühlluft gebildet wird und die Temperiervorrichtung 11 zumindest ein elektrisches Heizelement 13 aufweist.

[0029] In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der die Kühlung der Komponente 4 durch aus einem Gemisch aus Abgas und externer Kühlluft bestehendem Kühlgas erfolgt. Die Temperiervorrichtung 11 weist eine Abgasentnahmeleitung 14 zum Entnehmen von Abgas aus dem Abgasströmungsweg 7 und eine Zumischeinheit 15 zum Zumischen des Abgases zur - aus einem nicht weiter dargestellten Druckbehälter entnommenen oder aus der Umgebung über die Gaspumpe 6 oder ein Gebläse zugeführten - externen Kühlluft auf. In der Abgasentnahmeleitung 14 ist ein Regelventil 16 zum Regeln der zugemischten Abgasmenge angeordnet. Die Temperierung des Kühlgases erfolgt durch direkte Wärmeübertragung zwischen Abgas und externer Kühlluft.

[0030] Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von der in Fig. 2

dargestellten Ausführungsvariante dadurch unterscheidet, dass keine externe Kühlluft zugeführt wird, sondern das aus dem Abgasströmungsweg 7 über die Abgasentnahmeleitung 14 stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 entnommene Abgas - ohne Zumischung von externer Kühlluft - stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 über die Kühlluftleitung 8 in den Abgasströmungsweg 7 - beispielsweise über ein Gebläse oder eine Gaspumpe 6 - eingeblasen wird. Optional kann die Temperatur des rückgeführten Abgases über ein Temperatursteuerelement, beispielsweise ein elektrisches Heizelement 13 und/oder einen Wärmetauscher 17, auf einen gewünschten Wert angepasst werden. Dadurch kann der Einfluss der Sauerstoffeinlagerung in dem - die Komponente 4 bildenden - Katalysator zur Gänze ausgeschalten werden.

[0031] Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Temperiervorrichtung 11 einen Wärmetauscher 17 mit zumindest einer Wärmetauschfläche 18 zwischen einem abgasführenden Strömungsweg 19 und einem kühlluftführenden Strömungsweg 20 aufweist. Die Temperierung des durch externe Kühlluft - beispielsweise aus der Umgebung oder aus einem Druckbehälter gebildeten Kühlgases erfolgt durch indirekte Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlgas.

[0032] Die Regelung der Temperatur des Kühlgases kann in diesem Fall über die Menge des Kühlgases, beispielsweise über die Drehzahl der Gaspumpe 6 bzw. ein Gebläse, oder über ein Ventil in der Kühlgasleitung 8 erfolgen.

[0033] Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Kühlgas auf eine definierte Temperatur temperiert wird und unmittelbar im Anschluss an den durchgeführten Warmtest in einen Abgasströmungsweg 7 der Abgasanlage 3 stromaufwärts der zu kühlenden Komponente 4 eingeblasen wird. Für die Temperierung des Kühlgases wird die Temperatur des Kühlgases nach einer Führungsgröße F geregelt, wobei die Führungsgröße F durch die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur T2 des nicht temperierten Kühlgases und der aktuellen Kalttemperatur T1 der Abgasanlage 3 gebildet wird.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Schnellkühlung zumindest einer Komponente (4) einer Abgasanlage (3) einer Brennkraftmaschine (2) nach einem Warmtest, wobei die Abgasanlage (3) mit - insbesondere komprimiertem - Kühlgas gekühlt wird, wobei das Kühlgas auf eine definierte Temperatur temperiert wird und unmittelbar im Anschluss an den durchgeführten Warmtest in einen Abgasströmungsweg (7) der Abgasanlage (3) stromaufwärts der zu kühlenden Komponente (4) eingeblasen wird, wobei vorzugsweise die Komponente (4) durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Temperierung des Kühlgases die Temperatur des Kühlgases nach einer Führungsgröße (F) geregelt wird, wobei die Führungsgröße (F) durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur (T2) des nicht temperierten Kühlgases und der aktuellen Kalttemperatur (T1) der Abgasanlage (3), vorzugsweise im Bereich der Komponente (4), gebildet wird.

2, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Kühlgases durch ein elektrisches Heizelement (13) und/oder durch einen Wärmetauscher (17) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlgas durch insbesondere stromabwärts der Komponente (4) dem Abgasströmungsweg (7) entnommenes - Abgas gebildet ist, wobei vorzugsweise das Abgas durch ein Gebläse oder eine Gaspumpe (6) gefördert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Kühlgases zumindest teilweise durch direkte Wärmeübertragung zwischen Abgas der Abgasanlage (3) und externer Kühlluft erfolgt, wobei das aus dem Abgasströmungsweg (7) entnommene Abgas mit der externen Kühlluft vermischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasentnahme am Ende des Wärmetests erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierung des Kühlgases durch indirekte Wärmeübertragung zwischen Abgas und dem - vorzugsweise durch Kühlluft gebildeten - Kühlgas erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Kühlluft gebildete Kühlgas durch Abgas aus dem Abgasströmungsweg (7) über zumindest eine Wärmetauschfläche (18) erwärmt wird.

8. Prüfstandanordnung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Kühleinrichtung (5) zur Kühlung zumindest einer Komponente (4) der Abgasanlage (3), wobei die Kühleinrichtung (5) insbesondere zumindest eine Gaspumpe (6) oder ein Gebläse und insbesondere zumindest eine Kühlgasleitung (8) zur Zuführung des Kühlgases zur Komponente (4) aufweist, sowie mit zumindest einer Temperiervorrichtung (11) zur thermischen Temperierung des Kühlgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfstandanordnung (1) zumindest eine erste Temperaturmessvorrichtung (9) zur Messung der aktuellen Kalttemperatur (T1) der zu kühlenden Komponente (4) der Abgasanlage (3), zumindest eine zweite Temperaturmessvorrichtung (10) zur Messung der Temperatur (T2) des nichttemperierten Kühlgases, und dass die Temperiervorrichtung (11) einen Regler (12) für die Temperierung des Kühlgases aufweist, wobei die Temperatur des Kühlgases nach einer Führungsgröße (F) regelbar ist, welche durch eine Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur (T2) des nicht temperierten Kühlgases und der aktuellen Kalttemperatur (T1) der Komponente (4) der Abgasanlage (3) gebildet ist.

9. Prüfstandanordnung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (11) zumindest ein elektrisches Heizelement (13) und/oder zumindest einen Wärmetauscher (17) aufweist.

10. Prüfstandanordnung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (11) eine mit der Kühlgasleitung (8) verbundene Abgasentnahmeleitung

(14) zum Entnehmen von Abgas aus dem Abgasströmungsweg (7) aufweist, wobei vorzugsweise in der Abgasentnahmeleitung (14) das elektrische Heizelement (13) und/oder der Wärmetauscher (17) angeordnet ist/sind.

11. Prüfstandanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (11) eine Abgasentnahmeleitung (14) zum Entnehmen von Abgas aus dem Abgasströmungsweg (7) und eine Zumischeinheit (15) zum Zumischen des Abgases zur Kühlluft aufweist, wobei vorzugsweise in der Abgasentnahmeleitung (14) ein Regelventil (16) angeordnet ist.

12. Prüfstandanordnung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (17) zumindest eine Wärmetauschfläche (18) zwischen einem abgasführenden Strömungsweg (19) und einem kühlluftführenden Strömungsweg (20) aufweist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen