DE102004048338B4 - Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
– 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 NOx-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 NOx-Speicherkatalysator, der im Abgasstrang angeordnet ist. - Bei der bekannten Brennkraftmaschine ist der Abgas-Wärmeübertrager stromab des NOx-Speicherkatalysators angeordnet. Der Bypass ist einerseits zwischen dem NOx-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 NOx-Speicherkatalysator bedarfsabhängig mit einem Reduktionsmittel zu versorgen, das stromauf des NOx-Speicherkatalysators sowie stromab einer Turbine eines Abgasturboladers in einen Abgasstrang eingedüst wird, in dem die Turbine und der NOx-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 derEP 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 NOx-Speicherkatalysator. Hinsichtlich der Abgasreinigung muss somit kein zusätzlicher Aufwand betrieben werden.
- Erfindungsgemäß ist nun der NOx-Speicherkatalysator stromab des Abgas-Wärmetauschers im Abgasstrang angeordnet, wobei der Bypass einenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher und dem NOx-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 NOx-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 in1 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform, -
3 eine vergrößerte Darstellung eines Abgasstrangs der Brennkraftmaschine im Bereich eines Abgas-Wärmetauschers, -
4 eine Ansicht wie in3 , jedoch bei einer anderen Ausführungsform. - Entsprechend den
1 und2 ist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine1 mit einer Abgasanlage2 , einem Kühlkreis3 und einer Sauganlage4 ausgestattet. Bei der Brennkraftmaschine1 kann es sich um einen Ottomotor handeln; vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine1 jedoch als Dieselmotor ausgestaltet. Die Brennkraftmaschine1 kann außerdem in einem Kraftfahrzeug untergebracht sein. - Der Kühlkreis
3 arbeitet mit einem flüssigen Kühlmittel und dient im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine1 zu deren Kühlung. Zu diesem Zweck ist die Brennkraftmaschine1 in den Kühlkreis3 eingebunden, derart, dass ein in der Brennkraftmaschine1 ausgebildeter interner Kühlpfad mit dem Kühlmittel des Kühlkreises3 versorgt wird. In den Kühlkreis3 ist außerdem ein Abgas-Wärmetauscher5 eingebunden, der zu dem in einen Abgasstrang der Abgasanlage2 eingebunden ist. Des weiteren enthält der Kühlkreis3 einen Heiz-Wärmetauscher7 , mit dessen Hilfe ein Luftstrom8 aufgeheizt werden kann, der zum Beheizen eines Raums9 , vorzugsweise eines Fahrzeuginnenraums9 , dient. Außerdem kann der Kühlkreis3 in üblicher Weise einen Kühler10 enthalten, der es ermöglicht, überschüssige Wärme des Kühlkreises3 an die Umgebung der Brennkraftmaschine1 abzugeben. Ein Thermostatventil11 kann eine Kühlerumgehung12 steuern, beispielsweise ist es bei einem Kaltstart-Betrieb der Brennkraftmaschine1 nicht erwünscht, dass das noch kalte Kühlmittel durch den Kühler10 strömt. - Ebenso kann ein Steuerventil
13 zur Steuerung einer Heizungsumgehung14 vorgesehen sein, um den Durchfluss des Kühlmittels durch den Heiz-Wärmetauscher7 und somit dessen Heizleistung zu steuern. - Der Abgasstrang
6 enthält neben dem Abgas-Wärmetauscher5 zumindest einen Oxidationskatalysator15 , der im Abgasstrang6 stromauf des Abgas-Wärmetauschers5 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Abgasanlage2 mit weiteren Einrichtungen zur Abgasreinigung ausgestattet sein. Exemplarisch ist hier ein Partikelfilter16 eingezeichnet, das stromab des Oxidationskatalysators15 und stromauf des Abgas-Wärmetauschers5 angeordnet sein kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein NOx-Speicherkatalysator17 vorgesehen sein, der hier stromab des Abgas-Wärmetauschers5 im Abgasstrang6 angeordnet ist. Zur Umgehung des Abgas-Wärmetauschers5 ist ein Bypass18 vorgesehen. Der Abgas-Wärmetauscher5 und der zugehörige Bypass18 können mit Hilfe einer Steuereinrichtung19 wechselweise aktiviert bzw. deaktiviert werden. - Erfindungsgemäß enthält die Abgasanlage
2 außerdem eine Einspritzeinrichtung20 , die im Abgasstrang6 stromab der Brennkraftmaschine1 und jedenfalls stromauf des Oxidationskatalysators5 angeordnet ist. An die Einspritzeinrichtung20 ist eine Sekundär-Kraftstoffzuführung21 angeschlossen, die der Einspritzeinrichtung20 Sekundär-Kraftstoff zuführt. Beim Sekundär-Kraftstoff handelt es sich zweckmäßig um denselben Kraftstoff, mit dem auch die Brennkraftmaschine1 ar beitet, also vorzugsweise Diesel oder Benzin. Die Einspritzeinrichtung20 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 Abgasturbolader22 ausgestattet, der einen Verdichter23 sowie eine Turbine24 aufweist. Die Turbine24 ist dabei in den Abgasstrang6 eingebunden und zwar zwischen Brennkraftmaschine1 und Oxidationskatalysator15 . Die Turbine24 treibt den Verdichter23 an, der in einem Saugstrang25 der Sauganlage4 angeordnet ist und die zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine1 vorgesehene Frischluft verdichtet. - Gemäß
1 kann die Einspritzeinrichtung20 stromab der Turbine24 , also zwischen Turbine24 und Oxidationskatalysator15 im Abgasstrang6 angeordnet werden. Eine derartige Ausführungsform kann beispielsweise im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Bauraum vorteilhaft sein. - Gemäß
2 kann die Einspritzeinrichtung20 auch stromauf der Turbine24 , also zwischen Brennkraftmaschine1 und Turbine24 im Abgasstrang6 angeordnet sein. Die Positionierung der Einspritzeinrichtung20 stromauf der Turbine24 hat zwei wesentliche Vorteile. Zum einen herrschen stromauf der Turbine24 höhere Abgastemperaturen was eine Verdampfung des eingespritzten Sekundär-Kraftstoffs unterstützt. Zum anderen kommt es in der Turbine24 zu einer extremen Verwirbelung der Strömung und somit zu einer intensiven Durchmischung des Kraftstoffsdampfs mit dem Abgas. Auf diese Weise wird stromab der Turbine24 eine im wesentliches homogenes Kraftstoffdampf-Abgas-Gemisch bereitgestellt und dem Oxidationskatalysator15 zugeführt. Auf diese Weise kommt es im Oxidationskatalysator15 zu einer gleichmäßigen Beaufschlagung mit Kraftstoffdampf und somit zu einer über den Querschnitt des Oxidationskatalysators15 gleichmäßig verteilten Erwärmung. Auf diese Weise können sogenannte „Hot-Spots” vermieden werden, die eine lokal begrenzte starke Temperaturerhöhung bewirken und für die Lebensdauer des Oxidationskatalysators15 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 und2 kann erfindungsgemäß wie folgt betrieben werden:
Um einen übermäßigen Verschleiß der Brennkraftmaschine1 sowie übermäßig hohe Schadstoffemissionen und einen reduzier ten Wirkungsgrad während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine1 zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Kaltstartphase möglichst kurz auszugestalten. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine1 wird zum einen eine unerwünschte Wärmeabgabe an die Umgebung reduziert. Zu diesem Zweck wird durch eine entsprechende Betätigung des Thermostatventils11 der Kühler10 deaktiviert. Zum anderen wird versucht, den Wärmeinhalt des Kühlkreises3 und somit dessen Heizleistung zu erhöhen. Hierzu wird mit Hilfe der Einspritzeinrichtung20 Sekundär-Kraftstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine1 eingedüst. Bei einem entsprechend ausgestalteten Oxidationskatalysator15 kann bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine Oxidation des Sekundär-Kraftstoffs mit dem im mageren Abgas der Brennkraftmaschine1 enthaltenen Restsauerstoff herbeigeführt werden. Diese Oxidationsreaktion gibt Wärme ab, was zu einer Temperaturerhöhung im Abgas führt. Über den Abgas-Wärmetauscher5 kann dem Abgas Wärme entzogen werden. Diese Wärme kann nun über den Heiz-Wärmetauscher7 zum Aufheizen des Luftstroms8 und/oder zum Erwärmen der Brennkraftmaschine1 genutzt werden. Durch die mit Hilfe der Einspritzeinrichtung20 zusätzlich zur Verfügung gestellte Wärme kann die Brennkraftmaschine1 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 Brennkraftmaschine1 zu wenig Wärme liefert, also in den Kühlkreis3 einleitet, um damit den Raum9 , also vorzugsweise den Fahrzeuginnenraum hinreichend beheizen zu können. Auch in diesem Fall herrscht ein Wärmebedarf, der durch Erhöhung der Heizleistung des Kühlkreises3 befriedigt werden muss. Dementsprechend kann auch für diesen Fall die Einspritzeinrichtung20 zum Eindüsen von Sekundär-Kraftstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine1 angesteuert werden. Im folgenden kommt es wieder zu einer Oxidation im Oxidationskatalysator15 und zu einer Temperaturerhöhung im Abgas. Dementsprechend kann über den Abgas-Wärmetauscher5 erneut Wärme aus dem Abgas entzogen und in das Kühlmittel des Kühlkreises3 überführt werden. Dementsprechend steht am Heiz-Wärmetauscher7 mehr Wärme zum Aufheizen des Luftstroms8 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-Wärmetauschers5 optimal ausgenutzt werden. - Falls der Heizkreis
3 genügend Wärme enthält, um den Heiz-Wärmetauscher7 ausreichend versorgen zu können oder falls der Heiz-Wärmetauscher7 keinen Wärmebedarf aufweist, kann überschüssige Wärme, die auch von der Brennkraftmaschine1 nicht benötigt wird, mit Hilfe des Kühlers10 an die Umgebung abgegeben werden. Dabei ist es grundsätzlich möglich, zusätzlich Wärme über den Abgas-Wärmetauscher5 in den Kühlkreis3 zu überführen und diese, sofern sie überschüssig ist, am Kühler10 in die Umgebung abzugeben. Durch diese Vorgehensweise kann das Abgas in weiten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine1 gekühlt werden, auch wenn die Heizleistung des Kühlkreises3 an sich nicht gesteigert werden soll. Eine Kühlung des Abgases kann die Funktionalität der Abgasanlage2 und somit die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine1 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-Wärmetauscher5 in den Kühlkreis3 größer ist als die aktuell mögliche Wärmeabgabe am Kühler10 an die Umgebung, wird mit Hilfe der Steuereinrichtung19 der Abgas-Wärmetauscher5 deaktiviert und der Bypass18 entsprechend aktiviert, um eine Überhitzung des Kühlmittels im Kühlkreis3 und somit der Brennkraftmaschine1 zu vermeiden. Dabei ist klar, dass die Steuereinrichtung19 z. B. so ausgestaltet sein kann, dass damit entweder ausschließlich der Bypass18 oder ausschließlich der Abgas-Wärmetauscher5 vom Abgas durchströmt ist. Ebenso kann die Steuereinrichtung19 auch so ausgestaltet werden, dass ein Umschalten mit grundsätzlich beliebig vielen Zwischenstellungen möglich ist, so dass die über den Abgas-Wärmetauscher5 in den Kühlkreis3 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 Partikelfilter16 und/oder im NOx-Speicherkatalysator17 , bzw. umgesetzt – im Oxidationskatalysator15 – werden. - Bei den in den
1 und2 gezeigten Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung19 exemplarisch im Bypass18 angeordnet. Auf diese Weise kann der Bypass18 gesperrt und geöffnet werden. Bei gesperrtem Bypass18 strömt das Abgas zwangsläufig durch den Abgas-Wärmetauscher5 . Bei. geöffnetem Bypass18 strömt das Abgas bevorzugt durch den Bypass18 , da dieser in der Regel einen erheblich niedrigeren Durchströmungswiderstand aufweist als der Abgas-Wärmetauscher. - Entsprechend den
3 und4 wird für die Steuereinrichtung19 eine Ausführungsform bevorzugt, die ein Stellglied26 aufweist. Dieses Stellglied26 , vorzugsweise in Form einer Klappe, die bei der Variante gemäß4 als Schmetterlingsklappe ausgestaltet ist, wird dabei stromab des Abgas-Wärmetauschers5 im Abgasstrang6 angeordnet. Auf diese Weise ist das Stellglied26 bei aktiviertem Wärmetauscher5 einem Abgasstrom ausgesetzt, der eine reduzierte Temperatur besitzt. In der Folge ist die Temperaturbelastung des Stell glieds26 entsprechend reduziert. Die Lebensdauer des Stellglieds26 sowie gegebenenfalls einer zugehörigen Lagerung können dadurch entsprechend erhöht werden. - Um eine Überhitzung des Stellglieds
26 sowie der Steuereinrichtung19 , insbesondere einer Lagerung für das Stellglied26 , zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass das Stellglied26 in derjenigen Stellung, in welcher die Abgasströmung durch den Abgas-Wärmetauscher5 an sich gesperrt ist, noch eine bestimmte Restströmung durch den Abgas-Wärmetauscher5 zulässt, die eine aktive Kühlung des Stellglieds26 bzw. der Stelleinrichtung19 bewirkt. - Bei der in
3 gezeigten Ausführungsform ist das Stellglied26 im Bereich eines Mündungsendes27 des Bypasses18 angeordnet, über das der Bypass18 in den Abgasstrang6 einmündet. Das Stellglied26 ist dabei an diesem Mündungsende27 so angeordnet, dass damit das Mündungsende27 und somit der Bypass18 und der Abgasstrang6 stromab des Abgas-Wärmetauschers5 wechselweise gesperrt werden können. Das heißt, in der einen Endstellung des Stellglieds26 ist das Mündungsende27 und somit der Bypass18 gesperrt, während gleichzeitig der Abgasstrang6 geöffnet ist. In der anderen Endstellung des Stellglieds26 ist dann der Abgasstrang6 stromab des Abgas-Wärmetauschers5 am Mündungsende27 gesperrt, während gleichzeitig das Mündungsende27 geöffnet ist. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung19 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 Abgasstrang6 stromauf des Mündungsendes27 , also zwischen Abgas-Wärmetauscher5 und Mündungsende27 angeordnet. Durch diese Positionierung kann mit dem Stellglied26 der Abgasstrang6 stromauf des Mündungsendes7 und stromab des Abgas-Wärmetauschers5 gesperrt und geöffnet werden. Grundsätzlich kann die Steuereinrichtung19 auch hier so ausgestaltet sein, dass damit zumindest eine Zwischenstellung einstellbar ist, bei welcher das Abgas sowohl durch den Bypass18 als auch durch den Abgas-Wärmetauscher5 strömt. Die in4 gewählte Positionierung für das Stellglied26 ist von besonderem Vorteil, da das Stellglied26 so auch bei geöffnetem Bypass18 und bei geschlossenem Abgas-Wärmetauscher5 zu keiner Zeit direkt von heißen Abgasen angeströmt werden kann.
Claims (9)
- 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 NOx-Speicherkatalysator (17 ), der im Abgasstrang (6 ) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der NOx-Speicherkatalysator (17 ) stromab des Abgas-Wärmetauschers (5 ) im Abgasstrang (6 ) angeordnet ist, – dass der Bypass (18 ) einenends zwischen dem Abgas-Wärmetauscher (5 ) und dem NOx-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.
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