DE102004048338B4

DE102004048338B4 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102004048338B4
Application number: DE102004048338A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Gaiser; Peter Dr. Zacke; Josef Rudelt
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: DE102004048338A1; DE102004048338C5

Abstract

Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug,
– mit einer Abgasanlage (2), die einen Abgasstrang (6) zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (1) aufweist,
– mit einem Kühlkreis (3), der mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitet und in den die Brennkraftmaschine (1) eingebunden ist,
– mit einem Abgas-Wärmetauscher (5), der in den Kühlkreis (3) eingebunden ist und der im Abgasstrang (6) angeordnet ist,
– mit einem den Abgas-Wärmetauscher (5) umgehenden Bypass (18),
– mit einer Steuereinrichtung (19) zum Aktivieren und Deaktivieren des Bypass (18) und/oder des Abgas-Wärmetauschers (5),
– mit einem Oxidationskatalysator (15), der stromauf des Abgas-Wärmetauschers (5) im Abgasstrang (6) angeordnet ist,
– mit einer Einspritzeinrichtung (20) zum Einspritzen von Sekundär-Kraftstoff in den Abgasstrang (6), die stromauf des Oxidationskatalysators (15) im Abgasstrang (6) angeordnet ist,
– mit einem Partikelfilter (16), das stromab des Oxidationskatalysators (15) und stromauf des Abgas-Wärmetauschers (5) im Abgasstrang (6) angeordnet...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein zugehöriges Betriebsverfahren.
Üblicherweise umfasst eine Brennkraftmaschine, wie z. B. ein Dieselmotor oder ein Ottomotor, einen Kühlkreis, der mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitet und in den die Brennkraftmaschine eingebunden ist. Des Weiteren verfügt eine solche Brennkraftmaschine über eine Abgasanlage, die einen Abgasstrang zum Abführen von Abgasen der Brennkraftmaschine aufweist. In diesem Abgasstrang sind üblicherweise Einrichtungen zum Reinigen der von der Brennkraftmaschine hergestellten Abgase enthalten, wie z. B. ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter und ein NO_x-Speicherkatalysator.
Moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, arbeiten außerhalb eines Volllast-Betriebs mit einem vergleichsweise geringen Wärmeüberschuss. Dies führt zum einen dazu, dass bei einem Kaltstart die Brennkraftmaschine eine vergleichsweise lange Zeit benötigt, um ihre optimale Betriebstemperatur zu erreichen, was zu einem erhöhten Verschleiß, verschlechtertem Wirkungsgrad und vergrößerten Schadstoffemissionen führt. Zum anderen enthält der Kühlkreis der Brennkraftmaschine bei einem solchen Betrieb mit niedrigem Wärmeüberschuss zu wenig Wärme, um damit einen Raum, vorzugsweise einem Fahrzeuginnenraum, ausreichend beheizen zu können.
Zur Lösung dieser Problematik ist es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt, motorunabhängige Heizeinrichtungen, sogenannte Zuheizer, einzusetzen, die auf geeignete Weise mit dem Kühlkreis der Brennkraftmaschine wärmeübertragend gekoppelt sind. Bei einem Wärmebedarf des Kühlkreises kann dieser Zuheizer eingeschaltet werden, um die fehlende Wärme in den Kühlkreis einzubringen. Der mit der Installation eines derartigen Zuheizers verbundene Aufwand ist jedoch vergleichsweise groß. Als elektrische Heizeinrichtungen ausgestaltete Zuheizer arbeiten mit einem extrem schlechten Wirkungsgrad. Im Unterschied dazu erzeugen Heizeinrichtungen, die mit der Verbrennung eines Kraftstoffs arbeiten, Abgase. Die immer strenger werdenden Emissionsschutzbestimmungen erzwingen auch hier eine aufwendige Nachbehandlung dieser Abgase. Dabei ist es regelmäßig nicht möglich, die Abgase einer derartigen Heizeinrichtung in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine einzuleiten, um die ohnehin vorhandenen Einrichtungen zur Abgasreinigung zu nutzen. Denn im Abgasstrang der Brennkraftmaschine herrscht ein erheblich höheres Druckniveau als im Abgasstrang einer solchen Heizeinrichtung. Dementsprechend werden derartige Heizeinrichtungen immer aufwendiger und können insbesondere einen eigenen Oxidationskatalysator sowie ein eigenes Partikelfilter enthalten.
Aus der DE 102 59 702 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, deren Abgasanlage einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine aufweist, deren Kühlkreis mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitet, wobei ein Abgas-Wärmetauscher vorgesehen ist, der in den Kühlkreis eingebunden ist und der im Abgasstrang angeordnet ist. Außerdem ist ein den Abgas-Wärmetauscher umgehender Bypass vorgesehen, der mit Hilfe einer Steuereinrichtung aktivierbar und deaktivierbar ist. Ferner ist ein Oxidationskatalysator vorgesehen, der stromauf des Abgas-Wärmetauschers im Abgasstrang angeordnet ist, wobei stromauf des Oxidationskatalysators im Abgasstrang eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Sekundär-Kraftstoff in den Abgasstrang angeordnet ist. Bei der bekannten Brennkraftmaschine enthält der Abgasstrang außerdem ein Partikelfilter, das stromab des Oxidationskatalysators und stromauf des Abgas-Wärmetauschers im Abgas-Wärmetauschers im Abgasstrang angeordnet ist, sowie einen NO_x-Speicherkatalysator, der im Abgasstrang angeordnet ist.
Bei der bekannten Brennkraftmaschine ist der Abgas-Wärmeübertrager stromab des NO_x-Speicherkatalysators angeordnet. Der Bypass ist einerseits zwischen dem NO_x-Speicherkatalysator und dem Abgas-Wärmetauscher und andererseits stromab des Abgas-Wärmetauschers an den Abgasstrang angeschlossen.
Aus der EP 1 304 457 A1 ist es bekannt, einen NO_x-Speicherkatalysator bedarfsabhängig mit einem Reduktionsmittel zu versorgen, das stromauf des NO_x-Speicherkatalysators sowie stromab einer Turbine eines Abgasturboladers in einen Abgasstrang eingedüst wird, in dem die Turbine und der NO_x-Speicherkatalysator angeordnet sind.
Ferner ist es aus der DE 195 07 977 A1 bekannt, bei Verbrennungsmotoren mit Abgaskatalysatoren zur Reduzierung der Abgasemissionen zwischen Motor und Katalysator die Abgase abhängig vom Betriebszustand des Systems auch hinsichtlich ihrer thermischen Rückwirkung auf die Abgase auf unterschiedlich gestalteten Leitungswegen zu führen.
Weitere Brennkraftmaschinen mit Abgasanlagen. und Abgasbehandlungseinrichtungen sind aus der DE 101 437 80 B4 und aus der EP 1 138 891 A2 bekannt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die es insbesondere ermöglicht, einen zusätzlichen Wärmebedarf des Kühlkreises zu befriedigen, wobei ein erhöhter Installationsaufwand, verschlechterte Emissionswerte und ein reduzierter Wirkungsgrad vermieden werden sollen.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die vom Kühlkreis benötigte Wärme zunächst im Abgas durch eine Ein spritzung von Sekundär-Kraftstoff in den Abgasstrang und dessen Verbrennung in einem Oxidationskatalysator bereitzustellen und anschließend über einen Abgas-Wärmetauscher in den Kühlkreis zu übertragen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Brennkraftmaschine können die im Abgasstrang ohnehin vorhandenen Einrichtungen zur Abgasreinigung genutzt werden, um zum einen mit Hilfe des Oxidationskatalysators die zur Wärmegewinnung gewünschte Verbrennungsreaktion durchzuführen und um zum anderen die dabei anfallenden Verbrennungsabgase zu reinigen, z. B. in einem Partikelfilter und/oder in einem NO_x-Speicherkatalysator. Hinsichtlich der Abgasreinigung muss somit kein zusätzlicher Aufwand betrieben werden.
Erfindungsgemäß ist nun der NO_x-Speicherkatalysator stromab des Abgas-Wärmetauschers im Abgasstrang angeordnet, wobei der Bypass einenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher und dem NO_x-Speicherkatalysator und anderenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher und dem Partikelfilter an den Abgasstrang angeschlossen ist. Durch diese Bauweise ergibt sich die Möglichkeit, beim Regenerieren des Partikelfilters den NO_x-Speicherkatalysator vor einer Überhitzung zu schützen, insbesondere während einer stark exothermen Regeneration, in dem der Bypass gesperrt und der Abgas-Wärmetauscher aktiviert werden.
Bei der Erfindung ist es wesentlich, dass der Sekundär-Kraftstoff in den Abgasstrang, also stromab der Brennkraftmaschine in das Abgas eingeleitet wird, um auf diese Weise Probleme, die bei einer innermotorischen Kraftstoff-Nacheinspritzung in die Brennräume der Brennkraftmaschine auftreten können, zu vermeiden. Beispielsweise kann eine innermotorische Nacheinspritzung beim Kaltstart zu einer Kondensation von Kraftstoff an relativ kalten Zylinderwänden führen, was eine Ölverdünnung mit einer Verschlechterung der Schmiereigenschaften des Motoröls und somit einen höheren Verschleiß nach sich ziehen kann.
Sofern im Abgasstrang der Brennkraftmaschine stromauf des Oxidationskatalysators eine Turbine eines Abgasturbolators angeordnet ist, kann die Einspritzeinrichtung stromab oder stromauf dieser Turbine im Abgasstrang angeordnet werden. Bevorzugt wird dabei eine Anordnung der Einspritzeinrichtung stromauf der Turbine. Zum einen herrschen stromauf der Turbine höhere Abgastemperaturen, was die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffs begünstigt. Zum anderen führt die Entspannung in der Turbine zu einer hochturbulenten Strömung, was eine vollständige und gleichmäßige Vermischung des verdampften Kraftstoffs mit dem gesamten Abgasstrom begünstigt. Im nachfolgenden Oxidationskatalysator ergibt sich dann eine homogene Kraftstoffverteilung, was die Wirkungsweise des Oxidationskatalysators verbessert und dessen Belastung reduziert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung,
2 eine Ansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
3 eine vergrößerte Darstellung eines Abgasstrangs der Brennkraftmaschine im Bereich eines Abgas-Wärmetauschers,
4 eine Ansicht wie in 3, jedoch bei einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend den 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasanlage 2, einem Kühlkreis 3 und einer Sauganlage 4 ausgestattet. Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich um einen Ottomotor handeln; vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 1 jedoch als Dieselmotor ausgestaltet. Die Brennkraftmaschine 1 kann außerdem in einem Kraftfahrzeug untergebracht sein.
Der Kühlkreis 3 arbeitet mit einem flüssigen Kühlmittel und dient im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 zu deren Kühlung. Zu diesem Zweck ist die Brennkraftmaschine 1 in den Kühlkreis 3 eingebunden, derart, dass ein in der Brennkraftmaschine 1 ausgebildeter interner Kühlpfad mit dem Kühlmittel des Kühlkreises 3 versorgt wird. In den Kühlkreis 3 ist außerdem ein Abgas-Wärmetauscher 5 eingebunden, der zu dem in einen Abgasstrang der Abgasanlage 2 eingebunden ist. Des weiteren enthält der Kühlkreis 3 einen Heiz-Wärmetauscher 7, mit dessen Hilfe ein Luftstrom 8 aufgeheizt werden kann, der zum Beheizen eines Raums 9, vorzugsweise eines Fahrzeuginnenraums 9, dient. Außerdem kann der Kühlkreis 3 in üblicher Weise einen Kühler 10 enthalten, der es ermöglicht, überschüssige Wärme des Kühlkreises 3 an die Umgebung der Brennkraftmaschine 1 abzugeben. Ein Thermostatventil 11 kann eine Kühlerumgehung 12 steuern, beispielsweise ist es bei einem Kaltstart-Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht erwünscht, dass das noch kalte Kühlmittel durch den Kühler 10 strömt.
Ebenso kann ein Steuerventil 13 zur Steuerung einer Heizungsumgehung 14 vorgesehen sein, um den Durchfluss des Kühlmittels durch den Heiz-Wärmetauscher 7 und somit dessen Heizleistung zu steuern.
Der Abgasstrang 6 enthält neben dem Abgas-Wärmetauscher 5 zumindest einen Oxidationskatalysator 15, der im Abgasstrang 6 stromauf des Abgas-Wärmetauschers 5 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Abgasanlage 2 mit weiteren Einrichtungen zur Abgasreinigung ausgestattet sein. Exemplarisch ist hier ein Partikelfilter 16 eingezeichnet, das stromab des Oxidationskatalysators 15 und stromauf des Abgas-Wärmetauschers 5 angeordnet sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein NO_x-Speicherkatalysator 17 vorgesehen sein, der hier stromab des Abgas-Wärmetauschers 5 im Abgasstrang 6 angeordnet ist. Zur Umgehung des Abgas-Wärmetauschers 5 ist ein Bypass 18 vorgesehen. Der Abgas-Wärmetauscher 5 und der zugehörige Bypass 18 können mit Hilfe einer Steuereinrichtung 19 wechselweise aktiviert bzw. deaktiviert werden.
Erfindungsgemäß enthält die Abgasanlage 2 außerdem eine Einspritzeinrichtung 20, die im Abgasstrang 6 stromab der Brennkraftmaschine 1 und jedenfalls stromauf des Oxidationskatalysators 5 angeordnet ist. An die Einspritzeinrichtung 20 ist eine Sekundär-Kraftstoffzuführung 21 angeschlossen, die der Einspritzeinrichtung 20 Sekundär-Kraftstoff zuführt. Beim Sekundär-Kraftstoff handelt es sich zweckmäßig um denselben Kraftstoff, mit dem auch die Brennkraftmaschine 1 ar beitet, also vorzugsweise Diesel oder Benzin. Die Einspritzeinrichtung 20 umfasst vorzugsweise eine hier nicht näher dargestellte Einspritzdüse, die impulsgesteuert sein kann und insbesondere zur Realisierung kurzer Taktzeiten ausgelegt sein kann.
Bei den hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsformen ist die Brennkraftmaschine 1 außerdem mit einem Abgasturbolader 22 ausgestattet, der einen Verdichter 23 sowie eine Turbine 24 aufweist. Die Turbine 24 ist dabei in den Abgasstrang 6 eingebunden und zwar zwischen Brennkraftmaschine 1 und Oxidationskatalysator 15. Die Turbine 24 treibt den Verdichter 23 an, der in einem Saugstrang 25 der Sauganlage 4 angeordnet ist und die zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine 1 vorgesehene Frischluft verdichtet.
Gemäß 1 kann die Einspritzeinrichtung 20 stromab der Turbine 24, also zwischen Turbine 24 und Oxidationskatalysator 15 im Abgasstrang 6 angeordnet werden. Eine derartige Ausführungsform kann beispielsweise im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum vorteilhaft sein.
Gemäß 2 kann die Einspritzeinrichtung 20 auch stromauf der Turbine 24, also zwischen Brennkraftmaschine 1 und Turbine 24 im Abgasstrang 6 angeordnet sein. Die Positionierung der Einspritzeinrichtung 20 stromauf der Turbine 24 hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen herrschen stromauf der Turbine 24 höhere Abgastemperaturen was eine Verdampfung des eingespritzten Sekundär-Kraftstoffs unterstützt. Zum anderen kommt es in der Turbine 24 zu einer extremen Verwirbelung der Strömung und somit zu einer intensiven Durchmischung des Kraftstoffsdampfs mit dem Abgas. Auf diese Weise wird stromab der Turbine 24 eine im wesentliches homogenes Kraftstoffdampf-Abgas-Gemisch bereitgestellt und dem Oxidationskatalysator 15 zugeführt. Auf diese Weise kommt es im Oxidationskatalysator 15 zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung mit Kraftstoffdampf und somit zu einer über den Querschnitt des Oxidationskatalysators 15 gleichmäßig verteilten Erwärmung. Auf diese Weise können sogenannte „Hot-Spots” vermieden werden, die eine lokal begrenzte starke Temperaturerhöhung bewirken und für die Lebensdauer des Oxidationskatalysators 15 nachteilig sind.
Der Abgas-Wärmetauscher 5 ist zweckmäßig so ausgestaltet, dass er eine besonders große Wärmeübertragungsfläche aufweist, um auf diese Weise eine intensive Wärmeübertragung zwischen Abgas und Kühlmittel zu erzielen. Die Wärmeübertragungsfläche kann dabei außerdem so strukturiert werden, dass sich an der Abgasseite ein besonders großer Wärmeübergang erzielen lässt. Beispielsweise können auf der Abgasseite rippenartige Vergrößerungen der Wärmeübertragungsfläche vorgesehen sein.
Die Brennkraftmaschine der 1 und 2 kann erfindungsgemäß wie folgt betrieben werden:
Um einen übermäßigen Verschleiß der Brennkraftmaschine 1 sowie übermäßig hohe Schadstoffemissionen und einen reduzier ten Wirkungsgrad während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine 1 zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Kaltstartphase möglichst kurz auszugestalten. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 wird zum einen eine unerwünschte Wärmeabgabe an die Umgebung reduziert. Zu diesem Zweck wird durch eine entsprechende Betätigung des Thermostatventils 11 der Kühler 10 deaktiviert. Zum anderen wird versucht, den Wärmeinhalt des Kühlkreises 3 und somit dessen Heizleistung zu erhöhen. Hierzu wird mit Hilfe der Einspritzeinrichtung 20 Sekundär-Kraftstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine 1 eingedüst. Bei einem entsprechend ausgestalteten Oxidationskatalysator 15 kann bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine Oxidation des Sekundär-Kraftstoffs mit dem im mageren Abgas der Brennkraftmaschine 1 enthaltenen Restsauerstoff herbeigeführt werden. Diese Oxidationsreaktion gibt Wärme ab, was zu einer Temperaturerhöhung im Abgas führt. Über den Abgas-Wärmetauscher 5 kann dem Abgas Wärme entzogen werden. Diese Wärme kann nun über den Heiz-Wärmetauscher 7 zum Aufheizen des Luftstroms 8 und/oder zum Erwärmen der Brennkraftmaschine 1 genutzt werden. Durch die mit Hilfe der Einspritzeinrichtung 20 zusätzlich zur Verfügung gestellte Wärme kann die Brennkraftmaschine 1 schneller aufgeheizt werden, was die Kaltstartphase wunschgemäß verkürzt.
Des weiteren kann es bei einer modernen Brennkraftmaschine 1, insbesondere bei einem modernen Dieselmotor, auch im Normalbetrieb außerhalb eines Volllast-Bereichs, dazu kommen, dass die Brennkraftmaschine 1 zu wenig Wärme liefert, also in den Kühlkreis 3 einleitet, um damit den Raum 9, also vorzugsweise den Fahrzeuginnenraum hinreichend beheizen zu können. Auch in diesem Fall herrscht ein Wärmebedarf, der durch Erhöhung der Heizleistung des Kühlkreises 3 befriedigt werden muss. Dementsprechend kann auch für diesen Fall die Einspritzeinrichtung 20 zum Eindüsen von Sekundär-Kraftstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine 1 angesteuert werden. Im folgenden kommt es wieder zu einer Oxidation im Oxidationskatalysator 15 und zu einer Temperaturerhöhung im Abgas. Dementsprechend kann über den Abgas-Wärmetauscher 5 erneut Wärme aus dem Abgas entzogen und in das Kühlmittel des Kühlkreises 3 überführt werden. Dementsprechend steht am Heiz-Wärmetauscher 7 mehr Wärme zum Aufheizen des Luftstroms 8 zur Verfügung.
Durch die Verwendung einer relativ präzise ansteuerbaren Einspritzdüse in der Einspritzeinrichtung 20 kann durch die genaue Steuerung der Einspritzmenge die Temperatur des Abgases relativ genau auf einen gewünschten Zielwert eingestellt bzw. eingeregelt werden. Beispielsweise lassen sich ca. 600°C mit einer Genauigkeit von etwa +/–40°C einregeln. Auf diese Weise kann die Leistungsfähigkeit des Abgas-Wärmetauschers 5 optimal ausgenutzt werden.
Falls der Heizkreis 3 genügend Wärme enthält, um den Heiz-Wärmetauscher 7 ausreichend versorgen zu können oder falls der Heiz-Wärmetauscher 7 keinen Wärmebedarf aufweist, kann überschüssige Wärme, die auch von der Brennkraftmaschine 1 nicht benötigt wird, mit Hilfe des Kühlers 10 an die Umgebung abgegeben werden. Dabei ist es grundsätzlich möglich, zusätzlich Wärme über den Abgas-Wärmetauscher 5 in den Kühlkreis 3 zu überführen und diese, sofern sie überschüssig ist, am Kühler 10 in die Umgebung abzugeben. Durch diese Vorgehensweise kann das Abgas in weiten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1 gekühlt werden, auch wenn die Heizleistung des Kühlkreises 3 an sich nicht gesteigert werden soll. Eine Kühlung des Abgases kann die Funktionalität der Abgasanlage 2 und somit die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine 1 verbessern. Beispielsweise führt eine Kühlung des Abgasstroms zu einer Verkleinerung des Abgasvolumenstroms, was mit einer Reduzierung der Strömungswiderstände einhergeht. Des weiteren kann dadurch unter Umständen auch die Schalldämpfung verbessert werden.
Für den Fall, dass der Wärmeeintrag von der Brennkraftmaschine 1 und vom Abgas-Wärmetauscher 5 in den Kühlkreis 3 größer ist als die aktuell mögliche Wärmeabgabe am Kühler 10 an die Umgebung, wird mit Hilfe der Steuereinrichtung 19 der Abgas-Wärmetauscher 5 deaktiviert und der Bypass 18 entsprechend aktiviert, um eine Überhitzung des Kühlmittels im Kühlkreis 3 und somit der Brennkraftmaschine 1 zu vermeiden. Dabei ist klar, dass die Steuereinrichtung 19 z. B. so ausgestaltet sein kann, dass damit entweder ausschließlich der Bypass 18 oder ausschließlich der Abgas-Wärmetauscher 5 vom Abgas durchströmt ist. Ebenso kann die Steuereinrichtung 19 auch so ausgestaltet werden, dass ein Umschalten mit grundsätzlich beliebig vielen Zwischenstellungen möglich ist, so dass die über den Abgas-Wärmetauscher 5 in den Kühlkreis 3 eingeleitete Wärme bedarfsabhängig reduziert bzw. erhöht werden kann.
Von besonderem Vorteil ist bei der Erfindung außerdem, dass die Abgase, die durch die Zuheizung durch Einspritzung von Sekundär-Kraftstoff entstehen, mit Hilfe der ohnehin in der Abgasanlage 2 vorhandenen Einrichtungen zur Abgasreinigung gereinigt, zum Beispiel im Partikelfilter 16 und/oder im NO_x-Speicherkatalysator 17, bzw. umgesetzt – im Oxidationskatalysator 15 – werden.
Bei den in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 19 exemplarisch im Bypass 18 angeordnet. Auf diese Weise kann der Bypass 18 gesperrt und geöffnet werden. Bei gesperrtem Bypass 18 strömt das Abgas zwangsläufig durch den Abgas-Wärmetauscher 5. Bei. geöffnetem Bypass 18 strömt das Abgas bevorzugt durch den Bypass 18, da dieser in der Regel einen erheblich niedrigeren Durchströmungswiderstand aufweist als der Abgas-Wärmetauscher.
Entsprechend den 3 und 4 wird für die Steuereinrichtung 19 eine Ausführungsform bevorzugt, die ein Stellglied 26 aufweist. Dieses Stellglied 26, vorzugsweise in Form einer Klappe, die bei der Variante gemäß 4 als Schmetterlingsklappe ausgestaltet ist, wird dabei stromab des Abgas-Wärmetauschers 5 im Abgasstrang 6 angeordnet. Auf diese Weise ist das Stellglied 26 bei aktiviertem Wärmetauscher 5 einem Abgasstrom ausgesetzt, der eine reduzierte Temperatur besitzt. In der Folge ist die Temperaturbelastung des Stell glieds 26 entsprechend reduziert. Die Lebensdauer des Stellglieds 26 sowie gegebenenfalls einer zugehörigen Lagerung können dadurch entsprechend erhöht werden.
Um eine Überhitzung des Stellglieds 26 sowie der Steuereinrichtung 19, insbesondere einer Lagerung für das Stellglied 26, zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass das Stellglied 26 in derjenigen Stellung, in welcher die Abgasströmung durch den Abgas-Wärmetauscher 5 an sich gesperrt ist, noch eine bestimmte Restströmung durch den Abgas-Wärmetauscher 5 zulässt, die eine aktive Kühlung des Stellglieds 26 bzw. der Stelleinrichtung 19 bewirkt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist das Stellglied 26 im Bereich eines Mündungsendes 27 des Bypasses 18 angeordnet, über das der Bypass 18 in den Abgasstrang 6 einmündet. Das Stellglied 26 ist dabei an diesem Mündungsende 27 so angeordnet, dass damit das Mündungsende 27 und somit der Bypass 18 und der Abgasstrang 6 stromab des Abgas-Wärmetauschers 5 wechselweise gesperrt werden können. Das heißt, in der einen Endstellung des Stellglieds 26 ist das Mündungsende 27 und somit der Bypass 18 gesperrt, während gleichzeitig der Abgasstrang 6 geöffnet ist. In der anderen Endstellung des Stellglieds 26 ist dann der Abgasstrang 6 stromab des Abgas-Wärmetauschers 5 am Mündungsende 27 gesperrt, während gleichzeitig das Mündungsende 27 geöffnet ist. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung 19 auch so ausgestaltet sein, dass wenigstens eine zwischen den genann ten Endstellungen liegenden Zwischenstellung einstellbar ist.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist das Stellglied im Abgasstrang 6 stromauf des Mündungsendes 27, also zwischen Abgas-Wärmetauscher 5 und Mündungsende 27 angeordnet. Durch diese Positionierung kann mit dem Stellglied 26 der Abgasstrang 6 stromauf des Mündungsendes 7 und stromab des Abgas-Wärmetauschers 5 gesperrt und geöffnet werden. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung 19 auch hier so ausgestaltet sein, dass damit zumindest eine Zwischenstellung einstellbar ist, bei welcher das Abgas sowohl durch den Bypass 18 als auch durch den Abgas-Wärmetauscher 5 strömt. Die in 4 gewählte Positionierung für das Stellglied 26 ist von besonderem Vorteil, da das Stellglied 26 so auch bei geöffnetem Bypass 18 und bei geschlossenem Abgas-Wärmetauscher 5 zu keiner Zeit direkt von heißen Abgasen angeströmt werden kann.

Claims

Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Abgasanlage (2), die einen Abgasstrang (6) zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (1) aufweist, – mit einem Kühlkreis (3), der mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitet und in den die Brennkraftmaschine (1) eingebunden ist, – mit einem Abgas-Wärmetauscher (5), der in den Kühlkreis (3) eingebunden ist und der im Abgasstrang (6) angeordnet ist, – mit einem den Abgas-Wärmetauscher (5) umgehenden Bypass (18), – mit einer Steuereinrichtung (19) zum Aktivieren und Deaktivieren des Bypass (18) und/oder des Abgas-Wärmetauschers (5), – mit einem Oxidationskatalysator (15), der stromauf des Abgas-Wärmetauschers (5) im Abgasstrang (6) angeordnet ist, – mit einer Einspritzeinrichtung (20) zum Einspritzen von Sekundär-Kraftstoff in den Abgasstrang (6), die stromauf des Oxidationskatalysators (15) im Abgasstrang (6) angeordnet ist, – mit einem Partikelfilter (16), das stromab des Oxidationskatalysators (15) und stromauf des Abgas-Wärmetauschers (5) im Abgasstrang (6) angeordnet ist, – mit einem NO_x-Speicherkatalysator (17), der im Abgasstrang (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der NO_x-Speicherkatalysator (17) stromab des Abgas-Wärmetauschers (5) im Abgasstrang (6) angeordnet ist, – dass der Bypass (18) einenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher (5) und dem NO_x-Speicherkatalysator (17) und anderenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher (5) und dem Partikelfilter (16) an den Abgasstrang (6) angeschlossen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass im Abgasstrang (6) stromauf des Oxidationskatalysators (15) eine Turbine (24) eines Abgasturboladers (22) angeordnet ist, – dass die Einspritzeinrichtung (20) stromab der Turbine (24) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass im Abgasstrang (6) stromauf des Oxidationskatalysators (15) eine Turbine (24) eines Abgasturboladers (22) angeordnet ist, – dass die Einspritzeinrichtung (20) stromauf der Turbine (24) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kühlkreis (3) ein Heiz-Wärmetauscher (7) zum Aufheizen eines einem Raum (9), insbesondere einem Fahrzeuginnenraum, zum Beheizen desselben zugeführten Luftstroms (8) eingebunden ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) ein Stellglied (26) aufweist, das im Abgasstrang (6) stromab des Abgas-Wärmetauschers (5) angeordnet ist, entweder derart, dass damit ein Mündungsende (27) des Bypass (18) und der Abgasstrang (6) am Mündungsende (27) wechselweise gesperrt werden können, oder derart, dass damit der Abgasstrang (6) stromauf des Mündungsendes (27) gesperrt und geöffnet werden kann.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (1) ein Dieselmotor ist.
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei dem zum Erhöhen der Heizleistung eines Kühlkreises (3), der mit einem flüssigen Kühlmittel arbeitet und in den die Brennkraftmaschine (1) und ein Abgas-Wärmetauscher (5) eingebunden sind, mittels einer Einspritzeinrichtung (20) Se kundär-Kraftstoff in einen Abgasstrang (6) einer Abgasanlage (2) der Brennkraftmaschine (1) stromauf eines Oxidationskatalysators (15) eingespritzt wird, der im Abgasstrang (6) stromauf des Abgas-Wärmetauschers (5) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vom Kühlkreis (3) nicht benötigte Wärme über einen im Kühlkreis (3) angeordneten Kühler (10) an die Umgebung abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Wärmeeintrag in den Kühlkreis (3) von der Brennkraftmaschine (1) und vom AbgasWärmetauscher (5) größer ist als die vom Kühler (10) an die Umgebung abgebbare Wärme, die Abgasbeaufschlagung des Abgas-Wärmetauschers (5) reduziert und ein den Abgas-Wärmetauscher (5) umgehender Bypass (18) entsprechend aktiviert wird.