-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Verbrennungsmaschine, eine Vorrichtung zur Gewinnung thermischer
Energie und ein Kraftfahrzeug mit der Vorrichtung.
-
Ein
solches Verfahren und eine solche Vorrichtung finden vorzugsweise
Anwendung im Kraftfahrzeugbereich. Die vorliegende Erfindung sowie die
ihr zugrunde liegende Problematik wird somit nachfolgend mit Bezug
auf den Automobilbereich beschrieben, ohne die Erfindung indes ausschließlich darauf
zu beschränken.
-
Mit
dem vermehrten Einsatz von elektrischen und elektronischen Bauteilen
im Kraftfahrzeug steigt auch der Bedarf an elektrischer Energie.
Im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs wird der elektrische Energiebedarf
im Wesentlichen über
einen Generator (Lichtmaschine), der mit der zum Antrieb des Kraftfahrzeugs
verwendeten Brennkraftmaschine verbunden ist, gedeckt.
-
Der
Verbrauch an elektrischer Energie ist jedoch nicht mit dem Abstellen
des Kraftfahrzeugs beendet. Vielmehr besteht auch im so genannten Key-Off-Zustand
(Stand-By-Zustand) der Bedarf, das Bordnetz mit elektrischer Energie
zu versorgen. Auch im Key-Off-Zustand, d.h. bei ausgeschalteter
Zündung,
verbrauchen beispielsweise Alarmanlage, Standheizung, Uhr, Datenspeicher,
Automobiltelefon, Wegfahrsperre, Schliesseinrichtung oder Beleuchtung
weiterhin elektrische Energie. Üblicherweise wird
dieser Energiebedarf über
die Autobatterie gedeckt.
-
Diese
Autobatterie wird allerdings vor allem dann sehr stark belastet,
wenn eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern im Key-Off-Zustand
Leistung verbrauchen. Mit steigendem Energieverbrauch dieser Verbraucher
im Key-Off-Zustand sinkt somit auch die Standzeit des Kraftfahrzeuges.
Mit der Standzeit ist die Zeit bezeichnet, in der alle Funktionen
des Kraftfahrzeuges noch sicher aufrecht erhalten werden können, ohne
dass die Autobatterie zu weit entladen ist, um ordnungsgemäße Funktionen des
Kraftfahrzeuges nicht mehr zu gewährleisten. Insbesondere muss
die Autobatterie eine solche Restladung aufweisen, um vor allem
den Starter zum Starten der Brennkraftmaschine mit Energie zu versorgen.
Es besteht in einem Kraftfahrzeug daher immer der Bedarf dessen
Standzeit möglichst
groß zu halten
und dennoch möglichst
alle Funktionen im Key-Off-Zustand beizubehalten.
-
Damit
die Standzeit eines KFZ erhöht
wird, ohne ein Entladen der Autobatterie zu verursachen, kann eine
Hilfsstromversorgung für
das Bordnetz, wie beispielsweise ein katalytischer Mikrobrenner,
in das KFZ eingebaut werden. Die Abwärme des Mikrobrenners wird über einen
angeschlossenen Thermogenerator in elektrische Energie umgewandelt, die
u. a. zur Versorgung des Bordnetzes im Key-Off-Zustand dient.
-
Beim
Betrieb einer Verbrennungsmaschine, die beispielsweise in Form eines
Mikrobrenners ausgestaltet sein kann, entstehen bei der Verbrennung der
verwendeten Energieträger,
wie beispielsweise Diesel oder Benzin, Abgase, die in an die Umgebung abgegeben
werden. Ein Mikrobrenner kann beispielsweise verwendet werden, um über einen
angeschlossenen Thermogenerator die vom Mikrobrenner erzeugte thermische
Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die wiederum zur Versorgung
elektrischer und elektronischer Komponenten im Kraftfahrzeug dient
oder in das Bordnetz eingespeist wird.
-
Die
entstehenden Abgase enthalten neben unschädlichen Gasen, wie Wasserdampf,
zum Teil auch mehr oder weniger schädliche Gase, wie beispielsweise
Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid und auch Kohlendioxid. Unter schädlichen
Gasen soll hier ein Gas verstanden werden, das Schadstoffe enthält. Schadstoffe
sind Stoffe, die beispielsweise einen Menschen in seiner Gesundheit
beeinträchtigen,
oder auch auf andere Lebewesen einen schädigenden Einfluss nehmen. Auch
partikelförmige
Materie, wie beispielsweise Ruß,
trägt zur
Verschmutzung der Umgebung und damit zu einer möglichen Schädigung bei, wenn er in nennenswerter
Menge bei der Verbrennung erzeugt wird. Bei Betrieb der Verbrennungsmaschine
in geschlossenen, schlecht belüfteten
Räumen,
wie beispielsweise einer Garage, kann es dazu kommen, dass die Konzentration
einzelner Schadstoffe, insbesondere bei einem längeren Betrieb, zulässige Grenzwerte überschreitet.
Die Grenzwerte werden beispielsweise so festgelegt, dass unterhalb
eines solchen Grenzwertes eine Schädigung durch die Schadstoffe
auf den Organismus eines Menschen oder eines anderen Lebewesens
nicht nachweisbar ist. Der Aufenthalt in einem Raum mit hoher Schadstoffkonzentration
kann dann zu Schädigungen
des Lebewesens führen.
Besonders kritisch ist es, wenn bei der Verbrennung sogar letale
Schadstoffkonzentrationen entstehen.
-
Für solche
schädlichen
Gase oder Schadstoffe bestehen teilweise gesetzliche Grenzwerte,
die nicht überschritten
werden dürfen,
oder denen ein Mensch nicht über
einen längeren
Zeitraum ausgesetzt werden soll. Ein anerkannter Grenzwert für die Schadstoffbelastung über einen
längeren
Zeitraum ist die maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) eines
Schadstoffs.
-
Zur
Reduzierung der Konzentration von Schadstoffen in der unmittelbaren
Umgebung einer Verbrennungsmaschine, um somit das Leben und die Gesundheit
von Personen nicht zu gefährden,
ist bisher keine Lösung
vorgesehen. Lediglich passive Systeme, die einen Alarm abgeben,
wenn eine Schadstoffkonzentration in einem Raum überschritten wird, sind bekannt.
-
Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, beim Betrieb
einer Verbrennungsmaschine eine schädliche Schadstoffkonzentration
möglichst
zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch
1 und/oder durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
12 und/oder ein KFZ mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
-
Demgemäß ist ein
Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen,
das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer Verbrennungsmaschine
zur Erzeugung thermischer Energie; Betreiben der Verbrennungsmaschine,
bei dem Brennstoffe zur Gewinnung der thermischen Energie verbrannt
werden und wobei die Verbrennung Schadstoffe erzeugt, die an die
Umgebung abgegeben werden; Erfassen der Konzentration mindestens eines
Schadstoffs in der Umgebung der Verbrennungsmaschine; Regeln des
Betriebs der Verbrennungsmaschine, bei dem eine Kenngröße der Verbrennungsmaschine
nach Maßgabe
der erfassten Konzentration so eingestellt wird, dass der Ausstoß des Schadstoffs
vermindert wird.
-
Zudem
ist eine Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer Energie vorgesehen,
die eine Verbrennungsmaschine zur Erzeugung von thermischer Energie,
die dabei zusätzlich
einen Schadstoff erzeugt, eine Einrichtung zum Erfassen einer Konzentration
mindestens eines Schadstoffs und eine Regeleinrichtung zum Regeln
der Verbrennungsmaschine umfasst.
-
Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
die Schadstoffkonzentration in der Umgebung einer Verbrennungsmaschine durch
Regeln des Verbrennungsvorgangs unterhalb eines unkritischen Wertes
zu halten. Als unkritisch werden solche Werte betrachtet, unterhalb
derer kein Schaden beispielsweise für einen Menschen nachweisbar
ist.
-
Der
Verbrennungsvorgang kann dabei in Abhängigkeit eines oder mehrerer
Schadstoffe in der Umgebung geregelt oder auch gesteuert werden. Insbesondere
bei einem fehlenden oder ungenügenden
Austausch des Umgebungsmediums, wie beispielsweise der die Verbrennungsmaschine
umgebenden Luft, kann durch die Abgabe von Schadstoffen in dieses
Umgebungsmedium die Konzent ration eines Schadstoffs in der Umgebung
Werte erreichen, die für
Lebewesen, wie beispielsweise einen Menschen, gefährlich sein
könnten.
Durch Anpassung des Verbrennungsvorgangs in der Verbrennungsmaschine
bis hin zum Abschalten der Verbrennungsmaschine kann die Abgabe
von Schadstoffen beeinflusst und insbesondere entsprechend verringert werden.
-
Der
Erzeugung von Energie, die eigentlich die Hauptaufgabe der Verbrennungsmaschine
darstellt, wird bei dieser Regelung eine geringere Priorität eingeräumt als
der Einhaltung oder Erzielung bestimmter unkritischer Schadstoffkonzentrationen
in dem Umgebungsmedium.
-
Das
Verfahren ist somit insbesondere auf solche Bereiche anwendbar,
bei denen die Bereitstellung von elektrischer oder mechanischer
Energie nicht immer die oberste Priorität besitzt. Solche Bereiche
können
beispielsweise Systeme einschließen, in denen die Verbrennungsmaschine
nicht die einzige Energiequelle darstellt, wie beispielsweise einem KFZ
mit Hybridantrieb oder Standheizung.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
-
Im
Folgenden soll unter dem Betriff "Umgebung" die unmittelbare Umgebung der Verbrennungsmaschine
verstanden werden. Zu dieser unmittelbaren Umgebung gehört das Medium,
an das die Verbrennungsmaschine die Verbrennungsabgase, die Schadstoffe
enthalten, direkt abgibt. Dieses Medium ist z. B. die umgebende
Luft. Aber auch andere Medien sollen mitumfasst sein, wie beispielsweise das
umgebende Wasser bei Betrieb der Verbrennungsmaschine auf einem
Boot. Zur Umgebung können
jedoch auch die umgebenden Begrenzungen, wie beispielsweise der
Boden, auf dem eine Verbrennungsmaschine steht, und an den auch
Schadstoffe abgegeben werden können,
zählen.
-
Die
Umgebung kann eine abgeschlossene Umgebung, eine quasi abgeschlossene
Umgebung oder eine offene Umgebung sein. Bei einer abgeschlossenen
Umgebung besteht kein Austausch mit weiteren Bereichen, die an die
Umgebung angrenzen. Eine Abgabe von Schadstoffen führt daher
bei einer abgeschlossenen Umgebung relativ schnell zu einer Konzentrationsänderung.
Bei einer quasi abgeschlossenen Umgebung besteht eine geringe Austauschmöglichkeit
mit angrenzenden Bereichen, oder die Umgebung besitzt ein Volumen,
das groß genug
ist, um eine gewisse Menge an Schadstoffen aufzunehmen, ohne eine
nennenswerte Konzentrationsänderung
zu zeigen, die jedoch keinen Austausch mit der Umgebung besitzt.
Daher werden sich Konzentrationsänderungen
in einer quasi abgeschlossenen Umgebung nur langsam ergeben. Eine offene
Umgebung besitzt einen schnellen Austausch des Mediums mit weiteren
Bereichen, sodass eine Konzentrationsänderung durch die Abgabe von Schadstoffen
an die Umgebung vernachlässigt
werden kann.
-
Beispiele
für eine
abgeschlossene Umgebung sind eine geschlossene Garage oder ein geschlossener
Maschinenraum. Eine leicht geöffnete oder
schwach belüftete
Garage könnten
ebenso als Beispiel für
eine teilweise abgeschlossene Umgebung dienen, wie auch ein kleineres,
abgeschlossenes Binnengewässer
ohne Zu- oder Abfluss. Eine offene Umgebung stellen beispielsweise
die freie Umgebung in der Natur oder auch größere Gewässer oder Meere dar. Insbesondere
soll unter der Umgebung der Bereich verstanden werden, der die Verbrennungsmaschine
umgibt, in der sich Lebewesen, insbesondere Menschen oder Tiere,
aufhalten oder aufhalten können.
Das umgebende Medium, an das die Schadstoffe abgebeben werden, gibt
die Schadstoffe wiederum an die Lebewesen ab. Diese nehmen die Schadstoffe
beispielsweise über
die (Atem-)Luft auf.
-
In
der Umgebung wird von einer annähernd konstanten
Konzentration eines Schadstoffs ausgegangen, die sich zwar durch
die weitere Zufuhr von Schadstoffen ändern kann, die jedoch innerhalb
kurzer Messintervalle, wie beispielsweise innerhalb weniger Minuten,
keine großen
Konzentrationsunterschiede auf weist. Die Konzentration eines Schadstoffs
ist am Auspuff einer Verbrennungsmaschine am größten, erreicht jedoch bei entsprechender
Zirkulation des Umgebungsmediums eine annähernd konstante Konzentration.
Diese durchschnittliche Konzentration eines Schadstoffs in der Umgebung wird
als Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung angesehen. Die
Konzentration eines Schadstoffs in der Umgebung soll nicht einem
Maximalwert entsprechen, der lokal auftreten kann.
-
In
einer Umgebung kann beispielsweise die Konzentration eines Schadstoffs
stationär
an einem repräsentativen
Ort gemessen werden und an die Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer
Energie übermittelt
werden. Ähnlich
einem Brand- oder Feuermelder wird die Konzentration eines Schadstoffs nicht
an der Quelle des Schadstoffs, d.h. am Ort der Verbrennung oder
am Ort der Abgabe des Schadstoffs an die Umgebung, beispielsweise
einem Auspuff, gemessen, sondern an einem Ort, der für die Messung
einer Konzentration des Schadstoffs in der Umgebung, die der Durchschnittskonzentration
des Schadstoffs in der Umgebung entspricht oder dieser Durchschnittskonzentration
nahe kommt, geeignet ist.
-
Unter
einer "Brennkraftmaschine" soll im folgenden
eine Maschine verstanden werden, die über die Verbrennung eines Kraftstoffs
oder Brennstoffs die entstehende thermische Energie unmittelbar
in kinetische Energie umwandelt, die wiederum beispielsweise zum
Antrieb von Kraftfahrzeugen genutzt werden kann.
-
Der
weitreichendere Begriff "Verbrennungsmaschine" soll dabei sowohl
eine Brennkraftmaschine umfassen, wie auch beispielsweise eine Maschine
zur Erzeugung von thermischer Energie, wobei die thermische Energie
entweder direkt, beispielsweise zum Heizen, oder indirekt durch
Umwandlung in beispielsweise elektrische Energie genutzt wird. Allgemein
soll unter einer Verbrennungsmaschine eine Maschine verstanden werden,
in der kontrolliert eine Verbrennung eines Kraftstoffs stattfindet, wobei die
Nutzung der entstehenden thermischen Energie auf die unterschiedlichsten
Arten erfolgen kann.
-
Unter "thermischer Energie" wird in diesem Zusammenhang
die Erhöhung
der thermischen Energie eines Mediums verstanden. Die bei der Verbrennung
eines Kraftstoffs freigesetzte thermische Energie kann verwendet
werden, um beispielsweise ein Medium wie Luft oder Wasser zu erwärmen. Die thermische
Energie kann jedoch auch direkt in kinetische Energie umgewandelt
werden.
-
Die
Schadstoffe, die von einer Verbrennungsmaschine abgegeben werden,
sind höchst
unterschiedlich. Als "Schadstoff" soll hier ein Stoff
verstanden werden, der für
ein Lebewesen, insbesondere für
einen Menschen, schädliche
Auswirkungen haben kann. Diese schädlichen Auswirkungen können bereits
bei geringen Konzentrationen oder über einen kurzen Zeitraum erreicht
werden, sie können
jedoch auch erst nach Aussetzen über
einen sehr langen Zeitraum oder bei sehr hohen Konzentrationen für ein Lebewesen
schädlich
sein. Zu den Schadstoffen können
auch Gase gehören,
die für
ein Lebewesen in geringen Konzentrationen nicht schädlich sind,
wie beispielsweise CO2, das als Atemabgas
von vielen Lebewesen selbst erzeugt wird. Die Schadstoffe können insbesondere
aus der Gruppe, bestehend aus CO2, CO, SO2, SO3, H2S, NO2, NO, N2O, N2O4,
NH3, Ozon, Formaldehyd, Kohlenwasserstoffen
und partikelförmiger
Materien ausgewählt
werden.
-
Der
Nachweis eines Schadstoffs und die Ermittlung der Konzentration
des Schadstoffs in der Umgebung kann erfindungsgemäß über einen
Sensor erfolgen. Bevorzugt wird ein Sensor für einen Schadstoff, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus CO2, CO, SO2, SO3, H2S, NO2, NO, N2O, N2O4, NH3, Ozon, Formaldehyd, Kohlenwasserstoffen
und partikelförmiger
Materien verwendet, um die Konzentration eines Schadstoffs in der
Umgebung zu erfassen.
-
Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung wird die Konzentration eines Schadstoffs
in der Umgebung der Verbrennungsmaschine gemessen und drahtlos an
eine Einrichtung zum Erfassen der Konzentration des Schadstoffs
in der Vorrichtung zur Gewinnung von thermischer Energie übermittelt. Die
Messung der Konzentration eines Schadstoffes kann beispielsweise über eine
stationäre
Messeinrichtung an einem repräsentativen
Ort erfolgen. Die Messeinrichtung stellt die Konzentrationsdaten
dann über
eine Funkverbindung der Erfassungseinrichtung und damit der Regeleinrichtung
zur Verfügung.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Leistung
der Verbrennungsmaschine gedrosselt oder reduziert. Bei einer Reduzierung
der Leistung wird der Ausstoß an Schadstoffen
durch die Verbrennungsmaschine reduziert. Dadurch kann der Anstieg
der Konzentration eines Schadstoffs in der Umgebung vermindert oder vollständig gestoppt
werden. Dies kann bei Überschreiten
eines oberen Grenzwerts einer Konzentration eines Schadstoffs erfolgen.
Ein Grenzwert für eine
Konzentration wird vorher als solcher festgelegt.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann
der Schadstoffausstoß der
Verbrennungsmaschine vollständig gestoppt
werden, wenn die Verbrennungsmaschine ausgeschaltet wird. Dies kann
bei Überschreiten
eines oberen Grenzwerts für
die Konzentration eines Schadstoffs erfolgen. Der Grenzwert, bei
dessen Überschreitung
die Verbrennungsmaschine ausgeschaltet wird, kann gleich oder unterschiedlich
zu dem Grenzwert sein, bei dem die Verbrennungsmaschine in ihrer
Leistung gedrosselt wird.
-
Beispielsweise
wird die Leistung der Verbrennungsmaschine bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes
für eine
Konzentration mindestens eines Schadstoffs gedrosselt und bei Überschreiten
eines weiteren Grenzwertes einer Konzentration mindestens eines
Schadstoffs die Verbrennungsmaschine vollständig ausgeschaltet.
-
Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann
die Verbrennung des Kraftstoffs in der Verbrennungsmaschine derart
angepasst werden, dass der Ausstoß eines oder mehrerer Schadstoffe
vermindert wird. Bevorzugt kann dies durch Anpassung oder Änderung
des Drucks, der Temperatur, der Luftzahl λ und/oder des Massestroms in
der Verbrennungsmaschine erfolgen.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
die Verbrennungsmaschine wieder auf ihre ursprüngliche Leistung hochgefahren
bzw. wieder eingeschaltet, wenn die Konzentration des mindestens
einen Schadstoffs unterhalb eines unteren Grenzwerts für eine Leistungsreduktion
bzw. für
das Ausschalten der Verbrennungsmaschine fällt. Der untere Grenzwert kann unter
dem oberen Grenzwert liegen oder auch gleich dem oberen Grenzwert
sein. Durch ein derartiges Verhalten wird sichergestellt, dass die
Verbrennungsmaschine ihre Leistung immer bereitstellen kann, wenn
die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs in der Umgebung
unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
-
Bevorzugt
ist ein solcher Grenzwert für
die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs die maximale
Arbeitsplatzkonzentration des Schadstoffs. Die maximale Arbeitsplatzkonzentration
(MAK) gibt die maximal zulässige
Konzentration eines Stoffes als Gas, Dampf oder Schwebstoff in der
(Atem-)Luft am Arbeitsplatz an, bei der kein Gesundheitsschaden
zu erwarten ist, auch wenn man der Konzentration in der Regel acht
Stunden täglich
bei maximal 40 Stunden in der Woche ausgesetzt ist. Die Grenzwerte
können
jedoch auch Arbeitsplatzgrenzwerte (AGW) oder biologische Grenzwerte
(BGW) sein. Eine weitere bevorzugte Grenzkonzentration ist die maximale
Immisionskonzentration (MIK) eines Schadstoffs.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Konzentration
des mindestens einen Schadstoffs in der Luft, im Vakuum, im Wasser
oder im Boden bestimmt.
-
Gemäß einer
anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
bei Überschreiten
der Konzentration des mindestens einen Schadstoffs in der Umgebung
der Abgasstrom der Verbrennungsmaschine durch einen Filter geleitet, der
den Schadstoff herausfiltert.
-
Die
Verbrennungsmaschine ist gemäß einer bevorzugten
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ein Mikrobrenner und insbesondere
ein katalytischer Mikrobrenner. Die Aufgabe eines derartigen Mikrobrenners
ist es, als Hilfsenergiequelle in beispielsweise einem KFZ zur Bereitstellung
von elektrischer Energie zu dienen. Die von dem Mikrobrenner bereitgestellte
thermische Energie kann von einem Thermogenerator in elektrische
Energie umgewandelt werden. Die von einem Mikrobrenner bereitgestellte
Wärmeenergie
kann auch zum Heizen eines KFZ, d.h. als Standheizung, dienen.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der folgenden Ausführungsbeispiele
mit Verweis auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen dabei:
-
1 eine
Vorrichtung zur Gewinnung thermischer Energie gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
-
2 ein
KFZ mit einer Vorrichtung zur Gewinnung thermischer Energie gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
In
allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts Anderes angegeben ist – mit
gleichen Bezugszeichen versehen worden.
-
Beispiel 1
-
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Gewinnung thermischer Energie zur Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt
in einer Umgebung 1 eine Verbrennungsmaschine 2,
die bei Verbrennung von Kraftstoff einen Abgasstrom 3 an
die Umgebung 1 abgibt. Dadurch wird die Konzentration von
Schadstoffen, die von der Verbrennungsmaschine erzeugt und abgegeben
werden, in der Umgebung 1 erhöht. Ein Sensor 4 misst
die Konzentration eines oder mehrerer Schadstoffe in der Umgebung 1.
Diese Werte werden an eine Regelelektronik 5 übermittelt. Bei Überschreiten
eines Grenzwerts mindestens eines Schadstoffs wird die Leistung
der Verbrennungsmaschine 2 reduziert. Alternativ oder zusätzlich kann die
Verbrennungsmaschine 2 nach Überschreiten eines Grenzwertes
einer Konzentration des mindestens einen Schadstoffs ausgeschaltet
werden.
-
Beispiel 2
-
2 zeigt
ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung
thermischer Energie zur Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
-
In 2 ist
ein KFZ 6 gezeigt, in dem im Motorraum 8 eine
Verbrennungsmaschine 2 angeordnet ist. Mit der Verbrennungsmaschine
ist eine Regeleinrichtung 5 verbunden, über die der Betrieb der Verbrennungsmaschine
geregelt wird. Die Regeleinrichtung ist zudem mit einem Sensor 4 verbunden.
-
Beim
Betrieb der Verbrennungsmaschine wird ein Abgasstrom 3 in
die Umgebung 1 abgegeben. Über den Sensor 4 wird
die Konzentration eines Schadstoffs, beispielsweise CO2,
gemessen. Bei überschreiten
eines oberen Grenzwertes für
die Konzentration von CO2 wird der Verbrennungsmotor
abgeschaltet. Durch die nicht mehr vorhandene Abgabe von CO2 an die Umgebung 1 kann die Konzentration von
CO2 in der Umgebung wieder abneh men. Wenn die
Konzentration von CO2 unter einen unteren Grenzwert
fällt,
wird der Verbrennungsmotor wieder eingeschaltet.
-
In
einem alternativen Ausführungsbeispiel wird
die Konzentration von CO2 an die Regeleinheit 5 über eine
Empfangseinheit 7 übermittelt.
Die Empfangseinheit 7 empfängt die Daten für die Konzentration
von CO2 von einem in der Umgebung angebrachten,
externen Messgerät,
das die Konzentration von CO2 an empfangsbereite
Empfangseinheiten in der Umgebung drahtlos sendet.
-
Beispiel 3
-
Beim
Betrieb eines katalytischen Mikrobrenners in einem KFZ und einem
daran angeschlossenen Thermogenerator, der die Abwärme des
Mikrobrenners in elektrische Energie umwandelt, kann die Versorgung
des Bordnetzes über
herkömmliche Quellen,
wie beispielsweise eine Autobatterie, entlasten. Beim Betrieb des
katalytischen Mikrobrenners in einem KFZ, das in einer geschlossenen
Garage abgestellt ist, kann die Konzentration mindestens eines Schadgases
im Verlaufe der Zeit die maximale Arbeitsplatzkonzentration überschreiten.
Beim Betrieb eines katalytischen Mikrobrenners werden binnen sechs
Tagen ein Liter Benzin verbrannt. Das Benzin besitzt dabei einen
Heizwert von 42 MJ/kg und eine mittlere Dichte von 0,74 kg/l. Die
Heizleistung des Mikrobrenners beträgt 60 Watt. Beim Benzin wird
ein Verhältnis
von Kohlenstoff zu Wasserstoff von 1:2 zugrundegelegt.
-
Bei
der Verbrennung von 1 Liter Benzin entstehen demnach 2222 g CO2. Mit einer Dichte von 1,98 g/l entspricht
dies 1.173 Liter CO2. Wird nun ein mittleres
Volumen einer Einfachgarage von 28.187 Liter zugrundegelegt, beträgt der CO2-Gehalt nach sechs Tagen in der Garage 4
Vol.-%. Der MAK-Wert für
CO2 beträgt
0,5 Vol.-%. Die Konzentration an CO2 in
der Garage nach sechs Tagen beträgt
damit etwa den achtfachen Wert der maxi malen Arbeitsplatzkonzentration.
Der natürliche
Wert der CO2 Konzentration liegt bei 0,04
Vol.-%.
-
Beispiel 4
-
Ein
Hybrid-Kraftfahrzeug ist sowohl mit einer Brennkraftmaschine als
auch einem Elektroantrieb versehen. Der Elektroantrieb erhält seine
elektrische Energie aus einer Wasserstoff-Brennstoffzelle. Zudem ist das KFZ mit
einem Empfänger
für Daten
von Konzentrationen verschiedener Schadstoffe in der Umgebung versehen. Über diesen
Empfänger
werden Daten von Konzentrationen von Schadstoffen in der Umgebung
empfangen. Bei Überschreiten
der Konzentration eines Schadstoffs über einen Grenzwert wird der
Antrieb des KFZ auf den Elektroantrieb umgestellt, sodass das KFZ
keine weiteren Schadstoffe an die Umgebung abgibt. Wenn die Konzentration
der Schadstoffe wieder unter einen unteren Grenzwert gefallen ist,
kann die Brennkraftmaschine wieder eingeschaltet werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
-
So
sei die Erfindung nicht auf die in den vorstehenden Beispielen und
Figuren dargestellten Merkmale beschränkt. Vielmehr kann können diese auf
beliebige Art und Weise modifiziert werden, ohne dass vom grundlegenden
Prinzip der Erfindung abgewichen wird. So ist beispielsweise die
Messung nicht auf Schadgase in der Luft beschränkt, sondern kann auch auf
Schadstoffe in beispielsweise Wasser ausgedehnt werden. Auch können mehrere
Schadstoffe gleichzeitig überwacht
werden und bei Überschreiten
einer Konzentration eines der Schadstoffe eine entsprechende Leistungsreduktion
oder Abschaltung der Verbrennungsmaschine vorgenommen werden. Die
Messung der CO2-Konzentration in der Garage kann über einen
in der Garage an gebrachte CO2-Messstation
erfolgen, die anschließend
die Messwerte an eine Empfangseinrichtung in der Vorrichtung zur
Erzeugung thermischer Energie übermittelt.
Insbesondere muss der Elektroantrieb nicht notwendigerweise eine
elektrische Energie aus einer Wasserstoff-Brennstoffzelle erhalten,
sondern kann diese auch aus einer Batterie oder einem Akkumulator
erhalten. Es ist auch denkbar, dass die Brennkraftmaschine des KFZ
bei Überschreiten
eines Grenzwertes nicht abgeschaltet wird, sondern der Abgasstrom über einen
Filter, beispielsweise einen Filter für CO2,
der Calciumoxid oder Calciumhydroxid enthält, geleitet wird, und somit
die Abgabe von CO2 an die Umgebung verhindert
oder vermindert wird. Es ist auch denkbar, dass es sich nicht um
ein KFZ in einer Garage sondern um ein Boot auf einem See handelt.
Die Konzentration von Schadstoffen im See darf dabei bestimmte Werte
nicht überschreiten.
Bei Überschreiten
der Werte wird die Leistung der Brennkraftmaschine des Bootes gedrosselt.