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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abführen
von Abgas aus einem Zuheizsystem, das für ein mit einer
Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug vorgesehen ist,
wobei das Zuheizsystem eine erste Abgasleitung aufweist und wobei
die Brennkraftmaschine eine Ansaugleitung sowie eine zweite Abgasleitung
mit einer Abgasreinigungseinrichtung aufweist.
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Bei
Kraftfahrzeugen werden vielfach kraftstoffbetriebene Zuheizsysteme
eingesetzt, um den Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder den Komfort
der Fahrgäste zu unterstützen. Im Rahmen der immer
strenger werdenden Abgasgesetzgebung besteht nun aber die Forderung,
dass nicht nur die Abgase der Brennkraftmaschine, sondern auch die
Abgase der Zuheizsysteme konvertiert werden. Idealerweise soll für
die Konvertierung die der Brennkraftmaschine zugeordnete Abgasreinigungseinrichtung genutzt
werden. Dabei ist jedoch problematisch, dass die Brennkraftmaschine
und die Zuheizsysteme unter ganz anderen Druckbedingungen arbeiten,
so dass die Abgase der Zuheizsysteme nicht ohne weiteres in die
Abgasreinigungseinrichtung eingeleitet werden können.
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Die
Druckschrift
DE 298
04 132 U1 beschreibt eine Abgaswärmenutzung von
Standheizungen zum Vorwärmen des ersten Katalysators an Kraftfahrzeugen.
Dazu wird das Abgas der Standheizung unmittelbar vor dem ersten
Katalysator durch ein isoliertes oder doppelwandiges Edelstahlrohr
in einem spitzen Winkel in die Abgasanlage eingeleitet. Unmittelbar
vor der Einmündung in die Abgasanlage ist ein Kompensator
eingefügt, um unerwünschte Schwingungen des Abgases
zu vermeiden. Zudem ist dort eine Rückschlagklappe vorgesehen,
um das Zurückströmen von Motorabgasen in die Standheizung
auszuschließen.
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Aus
der Druckschrift
DE
10 2004 047 636 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Abführen von Abgas aus einem Zusatzheizgerät
bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird das Abgas des kraftstoffbetriebenen
Zusatzheizgerätes über eine nicht näher beschriebene
Schnittstelle in eine dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges
zugeordnete Auspuffanlage eingeleitet. Das Abgas wird daraufhin
in einer der Auspuffanlage zugeordneten Abgasreinigungsanlage gereinigt
und nach der Reinigung schließlich in die Atmosphäre
abgeführt.
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In
der gattungsbildenden Druckschrift
DE 37 30 121 C2 ist schließlich
eine Heizungsanlage für ein Kraftfahrzeug beschrieben.
Diese Heizungsanlage weist einen Brenner auf, dessen Verbrennungsgas über
ein Umschaltventil in die Ansaugleitung, die Atmosphäre
oder die Abgasleitung des Motors geführt wird. Dabei ist
in einem Zwischenstück des Verbrennungsluftweges ein Wärmetauscher
angeordnet, um die Wärmeenergie des Verbrennungsgases zu
nutzen.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
verbesserte Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem
Zuheizsystem bereitzustellen, welche das Abführen des Abgases des
Zuheizsystems ohne unerwünschte Wechselwirkungen mit der
Brennkraftmaschine ermöglicht, so dass das Abgas des Zuheizsystem
mittels einer der Brennkraftmaschine zugeordneten Abgasreinigungseinrichtung
konvertierbar ist. Zudem soll diese Vorrichtung sehr flexibel einsetzbar
sein, so dass auch strengste Abgasvorschriften erfüllt
werden.
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Gelöst
wird die Aufgabe, indem bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung eine Dosiereinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher
das durch die erste Ab gasleitung geführte Abgas des Zuheizsystems
unabhängig von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
stromauf der Abgasreinigungseinrichtung in die Ansaugleitung und/oder
in die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine abführbar
ist. Dadurch wird zuverlässig vermieden, dass die offene Flamme
des Zuheizsystems durch das Abgas der Brennkraftmaschine „ausgeblasen"
wird. Zudem wird nicht nur das Abgas der Brennkraftmaschine, sondern
auch das Abgas des Zuheizsystems über die bereits vorhandene
Abgasreinigungsanlage konvertiert und tritt das Abgas des Zuheizsystems
auch nur durch die Abgasanlage der Brennkraftmaschine definiert
nach außen, so dass für den Betrachter eines Fahrzeuges,
welches mit dieser Vorrichtung ausgestattet ist, keine Irritationen
entstehen.
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Bevorzugt
weist die Dosiereinrichtung wenigstens zwei voneinander getrennte
Behälter auf, die alternierend mit dem Abgas des Zuheizsystems befüllt
und von dem Abgas des Zuheizsystems entleert werden, wobei die Behälter
zur Befüllung an die erste Abgasleitung des Zuheizsystems
angekoppelt sind und von der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung
der Brennkraftmaschine abgekoppelt sind, und wobei die Behälter
zur Entleerung von der ersten Abgasleitung des Zuheizsystems abgekoppelt sind
und an die Ansaugleitung und/oder die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine
angekoppelt sind. Über diese Behälter ist eine
optimale Entkopplung zwischen dem Abgas des Zuheizsystems und der
Brennkraftmaschine verwirklicht.
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Zweckmäßig
ist zwischen den voneinander getrennten Behältern der Dosiereinrichtung
ein erstes Umschaltventil vorgesehen. Dieses erste Umschaltventil
wird in Abhängigkeit von der in den Behältern
befindlichen Abgasmenge oder in Abhängigkeit von der Betriebsdauer
des Zuheizsystems umgeschaltet, so dass dann der andere bzw. der
nächste Behälter befüllt wird. Simultan
zur Befüllung des einen Behälters erfolgt das
Entleeren des anderen oder des nächsten Behälters.
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Besonders
zweckmäßig ist stromab der Dosiereinrichtung ein
zweites Umschaltventil vorgesehen, welches das über die
Dosiereinrichtung abgeführte Abgas des Zuheizsystems mit
der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine
verbindet. Somit regelt dieses zweite Umschaltventil, ob das Abgas
des Zuheizsystems stromauf der Brennkraftmaschine und/oder stromab der
Brennkraftmaschine eingeleitet wird.
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Darüber
hinaus sollten die Behälter der Dosiereinrichtung jeweils
als eine Expansions- bzw. Kompressionskammer ausgeführt
sein, um das Abgas des Zuheizsystems nahezu ohne Gegendruck aufzunehmen
und auch wieder abzugeben. Dadurch kann das bei einem einfachen,
lediglich durch einen Brenner realisierten Zuheizsystem normalerweise etwa
bei Atmosphärendruck anfallende Abgas eingesaugt werden,
auf das Druckniveau der Ansaugluft oder des Abgases der Brennkraftmaschine
angehoben werden und wiederum weitgehend druckneutral in die Ansaugleitung
oder in die zweite Abgasleitung der Brennkraftmaschine abgeführt
werden. Die Verdichtung des Abgases erfolgt dabei in sinnvoller
Weise während des Umschaltens des ersten Umschaltventils,
das heißt zwischen dem Befüllen das Behälters
und dem anschließenden Entleeren des Behälters,
wenn der von dem ersten Umschaltventil beherrschte Behälter
nicht mehr an die erste Abgasleitung des Zuheizsystems angekoppelt
ist und noch nicht an die Ansaugleitung und/oder die zweiten Abgasleitung
der Brennkraftmaschine angekoppelt ist.
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Vorteilhaft
sind das erste Umschaltventil, das zweite Umschaltventil und/oder
die Expansions- bzw. Kompressionskammern in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und des Zuheizsystems
steuerbar. Eine solche Steuerung sieht zum Beispiel vor, dass das
erste Umschaltventil zum Spülen der Behälter auch
nach dem Ausschalten des Zuheizsystems gelegentlich hin- und hergeschaltet
wird, dass das zweite Umschaltventil je nach anfallender Menge der
Abgase eine bestimmte Winkelstellung einnimmt oder dass das Abgas
aus den Expansions- bzw. Kompressionskam mern gedrosselt bzw. kontinuierlich
in die Ansaugleitung der Brennkraftmaschine abgegeben wird.
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Gemäß einer
besonderen Weiterbildung ist das zweite Umschaltventil zur Rückführung
des Abgases der Brennkraftmaschine aus der zweiten Abgasleitung
in die Ansaugleitung steuerbar. Dazu sollte das zweite Umschaltventil
gegebenenfalls einfach in eine Mittelstellung gebracht werden oder
getaktet hin- und hergeschaltet werden.
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Und
gemäß einer anderen Weiterbildung ist zwischen
dem zweiten Umschaltventil und der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine
ein steuerbares Rückschlagventil vorgesehen, um während des
Betriebs der Brennkraftmaschine ohne Betrieb des Zuheizsystems eine
unerwünschte Abgasrückführung zu vermeiden.
Darüber hinaus kann dieses Rückschlagventil während
des Betriebs der Brennkraftmaschine aber auch dazu dienen, um dann, wenn
sich das Umschaltventil in einer Zwischenstellung befindet, eine
erwünschte Abgasrückführung einzustellen.
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Besonders
vorteilhaft wird die genau bekannte Menge des über die
Dosiereinrichtung abgeführten Abgases des Zuheizsystems,
welche der Ansaugleitung und/oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine
zugeführt wird, bei der Steuerung der Brennkraftmaschine
berücksichtigt. Denn sowohl die Verbrennung innerhalb der
Brennkraftmaschine wie auch die Konvertierung innerhalb der Abgasreinigungseinrichtung
werden durch das zusätzliche Abgas des Zuheizsystems beeinflusst,
so dass je nach Menge und gewähltem Weg dieses „zusätzlichen"
Abgases des Zuheizsystems gegebenenfalls eine Adaption der Steuerung
erforderlich ist.
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Das
Abgas des Zuheizsystems kann außerdem mittels einer Einrichtung
zur Kühlung oder zur Erwärmung zusätzlich
gekühlt oder erwärmt werden, je nachdem, ob es
der Ansaugleitung oder der zweiten Abgasleitung der Brennkraftmaschine
zugeführt wird. Denn die Temperatur des in der Ansaugleitung befindlichen
Gasgemisches sollte zur Gewährleistung eines optimalen
Verbrennungsprozesses innerhalb der Brennkraftmaschine in einem
vorgegebenen Bereich liegen. Und auch die Temperatur des in der zweiten
Abgasleitung befindlichen Gasgemisches sollte zur Gewährleistung
einer günstigen Konvertierung innerhalb der Abgasreinigungseinrichtung
oberhalb einer bestimmten Temperaturgrenze liegen. Dabei sind nicht
nur die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine und des Zuheizsystems,
sondern auch äußere Einflüsse zu berücksichtigen.
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Die
Einrichtung zur Kühlung oder zur Erwärmung des
Abgases des Zuheizsystems sollte stromab der Dosiereinrichtung angeordnet
sein, um die bei der Verdichtung innerhalb der Expansions- bzw. Kompressionskammern
auftretenden temperaturerhöhenden Effekte zu berücksichtigen.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden
Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Abführen von Abgas aus einem Zuheizsystem
bei einer ersten Betriebsstellung I; und
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2 die
Vorrichtung aus 1 bei einer zweiten Betriebsstellung II.
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In 1 und 2 ist
in sehr vereinfachter Form ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt,
welches eine Brennkraftmaschine 2 und ein Zuheizsystem 3 umfasst.
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Das
kraftstoffbetriebene Zuheizsystem 3 unterstützt
den Betrieb der Brennkraftmaschine 2 und/oder den Komfort
für die Fahrgäste des Kraftfahrzeugs 1.
Im gezeigten Beispiel ist das Zuheizsystem 3 als ein einfacher
Brenner ausgeführt, dessen Abgase etwa bei Atmosphärendruck über
eine erste Abgasleitung 4 abgeführt werden.
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Diese
Abgase des Zuheizsystems 3 werden der Brennkraftmaschine 2 zugeführt,
wobei sowohl eine Zuführung in die Ansaugleitung 5 als
auch in die zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 möglich
ist. In beiden Fällen erfolgt die Zuführung jedoch
stromauf einer der Brennkraftmaschine 2 zugeordneten Abgasreinigungseinrichtung 7,
durch welche das Abgas der Brennkraftmaschine 2 sowie das Abgas
des Zuheizsystems 3 konvertierbar ist.
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Damit
das Abführen des Abgases des Zuheizsystems 3 ungeachtet
der Druckverhältnisse in der Ansaugleitung 5 oder
der zweiten Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 problemlos
erfolgen kann, ist erfindungsgemäß eine Dosiereinrichtung 8 vorgesehen.
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Die
Dosiereinrichtung 8 umfasst wenigstens zwei voneinander
getrennte Behälter 9a und 9b, die alternierend
mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt und
von dem Abgas des Zuheizsystems 3 entleert werden. Zur
Befüllung der Behälter 9a, 9b,
werden diese an die erste Abgasleitung 4 des Zuheizsystems 3 angekoppelt
und von der Ansaugleitung 5 und/oder der zweiten Abgasleitung 6 der
Brennkraftmaschine 2 abgekoppelt. Und zur Entleerung werden die
Behälter 9a, 9b von der ersten Abgasleitung 4 des
Zuheizsystems 3 abgekoppelt und an die Ansaugleitung 5 und/oder
an die zweite Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 angekoppelt.
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Zwischen
den beiden Behältern 9a, 9b ist ein erstes
Umschaltventil 10 vorgesehen, welches die Behälter 9a, 9b in
Abhängigkeit von dem Betrieb des Zuheizsystems 3 so
ansteuert, dass stets einer der Behälter 9a oder 9b mit
dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllbar ist, während
der andere Behälter 9b oder 9a von dem
Abgas des Zuheizsystems 3 entleert wird oder für
die Entleerung vorbereitet wird.
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1 zeigt
eine erste Betriebsstellung I des Umschaltventils 10,
bei welcher der Behälter 9a mit dem Abgas des
Zuheizsystems 3 befüllt wird und der Be hälter 9b entleert
wird. Und 2 zeigt eine zweite Betriebsstellung II,
bei welcher der Behälter 9a entleert wird und
der Behälter 9b mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt
wird.
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Die
Entleerung der Behälter 9a, 9b erfolgt wahlweise
in die Ansaugleitung 5 und/oder in die zweite Abgasleitung 6 der
Brennkraftmaschine 2. Zur Realisierung ist dazu stromab
der Dosiereinrichtung 8 ein zweites Umschaltventil 11 vorgesehen,
welches in 1 und 2 einfach
als Klappe ausgebildet ist. Dadurch ist denkbar, dass das Abgas
des Zuheizsystems 3 zum Beispiel bei einer eingeschalteten
kalten Brennkraftmaschine 2 in die Ansaugleitung 5 abgeführt
wird, um die Brennkraftmaschine 2 schneller auf ihre Betriebstemperatur
zu bringen, bei einer ausgeschalteten kalten Brennkraftmaschine 2 in
die zweite Abgasleitung 6 abgeführt wird, um die
Abgasreinigungseinrichtung 7 vorzuwärmen oder
bei einer ausgeschalteten aber noch betriebswarmen Brennkraftmaschine 2 in
die zweite Abgasleitung 6 abgeführt wird, um dort
direkt von der Abgasreinigungseinrichtung 7 konvertiert
zu werden.
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Zum
weitgehend gegendruckfreien Aufnehmen bzw. Einsaugen des Abgases
des Zuheizsystems in die Behälter 9a, 9b sowie
zum nahezu druckneutralen Entleeren bzw. Ausdrücken der
Behälter 9a, 9b vom Abgas des Zuheizsystems
in die Ansaugleitung 5 oder zweite Abgasleitung 6 der
Brennkraftmaschine 2 sind diese Behälter 9a, 9b als
Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 ausgeführt, was
in 1 und 2 durch einen beweglichen Blasebalg
veranschaulicht ist. Dabei ist in 1 die Expansions-
bzw. Kompressionskammer 12 des Behälters 9a,
der gerade mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt
wird, in expandierter Form dargestellt und die Expansions- bzw.
Kompressionskammer 12 des Behälters 9b,
der gerade entleert wird, in komprimierter Form dargestellt, während
in 2 die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des
Behälters 9a, der gerade entleert wird, in komprimierter Form
dargestellt ist und die Expansions- bzw. Kompressionskammer 12 des
Behälters 9b, der gerade mit dem Abgas des Zuheizsystems 3 befüllt
wird, in expandierter Form dargestellt ist.
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Das
erste Umschaltventil 10, das zweite Umschaltventil 11 und
die Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 werden in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 2 und des
Zuheizsystems 3 gesteuert, so dass individuell berücksichtigt
werden kann, ob die Brennkraftmaschine 2 und das Zuheizsystem 3 zum
Beispiel gleichzeitig betrieben werden, ob die Brennkraftmaschine 2 komplett
abgekühlt ist oder ob das Zuheizsystem 3 über
längere Zeit betrieben wird.
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Stromab
des zweiten Umschaltventils 11 ist außerdem eine
Einrichtung 13 zur Kühlung oder zur Erwärmung
des Abgases des Zuheizsystems 3 vorgesehen. Diese Einrichtung 13 zur
Kühlung oder Erwärmung ist ebenfalls in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 2 und des
Zuheizsystems 3 sowie gegebenenfalls auch in Abhängigkeit
von äußeren Einflüssen steuerbar.
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Wird
das Zuheizsystem 3 abgeschaltet, so können die
Expansions- bzw. Kompressionskammern 12 weiterhin angesteuert
werden, um sie von dem Abgas zu entleeren und gegebenenfalls noch mit
Frischluft zu spülen. Dadurch wird eine durch die Aggressivität
des Abgases mögliche Schädigung der Dosiereinrichtung 8 vermieden.
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Ist
das kraftstoffbetriebene Zuheizsystem 3 abgeschaltet, so
können die Expansions- und Kompressionskammern 12 in
Abhängigkeit von der Temperatur oder der Zeit auch weiterhin
gelegentlich entleert bzw. gespült werden, um eventuelle
Kraftstoffdämpfe von der Kraftstoffversorgung des Zuheizsystems 3 abzuführen.
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Ist
die Brennkraftmaschine 2 eingeschaltet und das Zuheizsystem 3 ausgeschaltet,
so lässt sich über das zweite Umschaltventil 11 auf
einfache Weise eine Rückführung der Abgase der
Brennkraftmaschine 2 realisieren. Dabei kann sich das zweite
Umschaltventil 11 in einer Mittelstellung befinden oder getaktet
hin- und hergeschaltet werden.
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Damit
das Abgas der Brennkraftmaschine 2 nicht unkontrolliert
in die Ansaugleitung 5 zurückgeführt
werden kann, ist außerdem ein steuerbares Rückschlagventil 14 vorgesehen,
welches zwischen dem zweiten Umschaltventil 11 und der
zweiten Abgasleitung 6 der Brennkraftmaschine 2 positioniert ist.
Dieses Rückschlagventil 14 kann je nach Bedarf eine
Abgasrückführung erlauben oder aber unterdrücken.
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Durch
die genannten Steuerungen können optimale Ergebnisse bei
der Reinigung bzw. bei der Konvertierung des Abgases der Brennkraftmaschine 2 und/oder
des Abgases des Zuheizsystems 3 erzielt werden.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Brennkraftmaschine
- 3
- Zuheizsystem
- 4
- erste
Abgasleitung von 3
- 5
- Ansaugleitung
von 2
- 6
- zweite
Abgasleitung von 2
- 7
- Abgasreinigungseinrichtung
- 8
- Dosiereinrichtung
- 9a,
9b
- Behälter
- 10
- erstes
Umschaltventil
- 11
- zweites
Umschaltventil
- 12
- Expansions-
bzw. Kompressionskammer
- 13
- Einrichtung
zur Kühlung oder Erwärmung
- 14
- Rückschlagventil
- I
- erste
Betriebsstellung von 10
- II
- zweite
Betriebsstellung von 10
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 29804132
U1 [0003]
- - DE 102004047636 A1 [0004]
- - DE 3730121 C2 [0005]