DE102007040613A1 - Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms - Google Patents

Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms Download PDF

Info

Publication number
DE102007040613A1
DE102007040613A1 DE102007040613A DE102007040613A DE102007040613A1 DE 102007040613 A1 DE102007040613 A1 DE 102007040613A1 DE 102007040613 A DE102007040613 A DE 102007040613A DE 102007040613 A DE102007040613 A DE 102007040613A DE 102007040613 A1 DE102007040613 A1 DE 102007040613A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat
heat exchanger
exhaust gas
assembly according
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102007040613A
Other languages
English (en)
Inventor
Marco Ranalli
Shuichi Hase
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Sango Co Ltd
Original Assignee
Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Sango Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH, Sango Co Ltd filed Critical Emcon Technologies Germany Augsburg GmbH
Priority to DE102007040613A priority Critical patent/DE102007040613A1/de
Priority to EP08801713A priority patent/EP2183472A1/de
Priority to PCT/EP2008/006984 priority patent/WO2009027072A1/de
Publication of DE102007040613A1 publication Critical patent/DE102007040613A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/03—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of low temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/03—Adding substances to exhaust gases the substance being hydrocarbons, e.g. engine fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
    • F01N3/0253—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust adding fuel to exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Eine Baugruppe (10) zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms hat eine einem Motor (12) nachgeschaltete Abgasleitung (14), in der der Abgasstrom geführt ist, und einen Wärmetauscher (16), der mit der Abgasleitung (14) in Wechselwirkung steht, um dem Abgasstrom Wärme zu entziehen. Bezüglich der Hauptströmungsrichtung (S) des Abgasstroms stromaufwärts des Wärmetauschers (16) ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, mittels der dem Abgasstrom bei Bedarf Wärme zugeführt werden kann. Außerdem wird ein Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms vorgeschlagen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Baugruppe zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, mit einer einem Motor nachgeschalteten Abgasleitung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in der der Abgasstrom geführt ist, und einem Wärmetauscher, der mit der Abgasleitung in Wechselwirkung steht, um dem Abgasstrom Wärme zu entziehen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, der in einer einem Motor nachgeschalteten Abgasleitung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, geführt ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus einem Abgasstrom, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bekannt. Die durch den Wärmetauscher dem Abgasstrom entzogene Wärme wird z. B. zur Heizung der Fahrgastzelle genutzt oder aber mit Hilfe einer Wärmekraftmaschine in mechanische bzw. elektrische Energie umgewandelt, für die es eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten im Fahrzeug gibt. Problematisch bei bekannten Anlagen zur Wärmerückgewinnung ist, daß in gewissen Betriebsphasen des Motors (beispielsweise unmittelbar nach einem Kaltstart) die im Abgasstrom enthaltene und vom Wärmetauscher aufgenommene Wärmemenge sehr gering ist.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Baugruppe bzw. ein Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms zu schaffen, bei der bzw. dem das obengenannte Problem vermieden wird.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist dazu bei einer Baugruppe der eingangs genannten Art bezüglich der Hauptströmungsrichtung des Abgasstroms stromaufwärts des Wärmetauschers eine Heizeinrichtung vorgesehen, mittels der dem Abgasstrom bei Bedarf Wärme zugeführt werden kann. „Bei Bedarf" bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere jene Betriebsphasen des Motors, in denen die Temperatur des Abgasstroms und damit die durch den Wärmetauscher dem Abgasstrom entziehbare Wärmemenge unterhalb eines gewissen Schwellenwerts liegt, beispielsweise bei oder kurz nach einem Kaltstart oder im Niedriglastbetrieb des Motors. Mit Hilfe der Heizeinrichtung kann in diesen Phasen der Abgasstrom aufgeheizt werden, so daß der nachgeschaltete Wärmetauscher dem Abgasstrom genügend Wärme entziehen kann.
  • Vorzugsweise umfaßt die Heizeinrichtung einen katalytischen Brenner, insbesondere einen Oxidationskatalysator oder einen katalytisch beschichteten Partikelfilter. Um dem Abgas Wärme zuzuführen, wird also die katalytische Verbrennung ausgenutzt, wobei insbesondere eine in der Abgasanlage ohnehin vorhandene Abgasreinigungsvorrichtung wie ein Oxidationskatalysator oder ein (beschichteter) Partikelfilter als Brenner genutzt wird. Auf diese Weise lassen sich Bauteile einsparen, und es ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau.
  • Weiterhin umfaßt die Heizeinrichtung bevorzugt eine Vorrichtung zur Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Insbesondere handelt es sich bei dem Reduktionsmittel um Kraftstoff, in vorteilhafter Weise um den Kraftstoff, mit dem auch der Motor, der insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine ist, betrieben wird. Auf diese Weise muß kein separater Reduktionsmittelvorrat im Fahrzeug mitgeführt werden. Handelt es sich bei dem Motor nicht um eine Verbrennungskraftmaschine, so ist es natürlich möglich, ein Reduktionsmittel separat mitzuführen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung eine Verdampfungsvorrichtung, in der das Reduktionsmittel vor dem Einbringen in den Abgasstrom verdampft wird. Eine solche Verdampfungsvorrichtung weist in ihrer einfachsten Ausgestaltung ein in einer durchströmten Kammer angeordnetes elektrisches Heizelement (z. B. eine Glühkerze) auf, das das Reduktionsmittel auf seinen Siedepunkt erhitzt und dadurch verdampft. Ein verdampftes Reduktionsmittel bietet den Vorteil einer besseren Durchmischung mit dem Abgasstrom. Alternativ zur Verdampfung ist natürlich auch eine Einspritzung des Reduktionsmittels unmittelbar in den Abgasstrom denkbar.
  • Die Vorrichtung ist insbesondere so angeordnet, daß sie das Reduktionsmittel unmittelbar stromaufwärts des katalytischen Brenners in die Abgasleitung einbringt.
  • Das Reduktionsmittel kann dann im katalytischen Brenner unter Erzeugung von Wärme katalytisch verbrannt werden. So wird auf einfache Weise die Temperatur des Abgasstroms und damit die dem Wärmetauscher zur Verfügung stehende Wärme erhöht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmetauscher strömungsmäßig mit einem zweiten Wärmetauscher verbunden, der mit einem Kühlwasserkreislauf des Motors in Wechselwirkung steht. Bei dieser Ausgestaltung kann die aus dem Abgasstrom entzogene Wärme bei einem Kaltstart dazu genutzt werden, das Kühlwasser aufzuheizen.
  • Um die dem Abgasstrom entzogene Wärme effektiv zu nutzen, ist der Wärmetauscher vorzugsweise ein Bauteil eines thermodynamischen Kreisprozesses, insbesondere eines Rankine-Kreisprozesses. Der Wärmetauscher ist also Teil einer Wärmekraftmaschine, die die aus dem Abgasstrom entzogene Wärme (teilweise) in mechanische bzw. elektrische Energie umwandelt. Diese Energie kann zur Unterstützung des Motors, zur Fahrzeugklimatisierung etc. genutzt werden. Unter Umständen kann die erfindungsgemäße Baugruppe, die ja eine ständige Erzeugung von Energie aus der Wärme des Abgasstroms ermöglicht, sogar die Lichtmaschine eines Fahrzeugs vollständig ersetzen. Natürlich läßt sich die aus dem Abgasstrom entzogene Wärme auch direkt, z. B. zur Heizung der Fahrgastzelle, nutzen.
  • Sofern ein zweiter, dem Kühlwasserkreislauf zugeordneter Wärmetauscher vorhanden ist, kann dieser Wärmetauscher ebenfalls ein Bauteil des thermodynamischen Kreisprozesses bilden. Dadurch wird die im Kreisprozeß zur Verfügung stehende Wärmemenge erhöht, da der dem Kühlwasser zugeordnete Wärmetauscher (entsprechende Kühlwassertemperatur vorausgesetzt) diesem Wärme entzieht. So ist gleichzeitig eine Kühlung des Kühlwassers möglich.
  • Als weitere Option ist zwischen dem der Abgasleitung zugeordneten Wärmetauscher und dem zweiten, dem Kühlwasserkreislauf zugeordneten Wärmetauscher eine Bypaßleitung zur Umgehung der übrigen Komponenten des thermodynamischen Kreisprozesses vorgesehen. Über diese Bypaßleitung kann, wie bereits erwähnt, die Wärme aus dem der Abgasleitung zugeordneten Wärmetauscher direkt zur Aufheizung des Kühlwassers beim Kaltstart verwendet werden.
  • Insbesondere dient der Wärmetauscher als Verdampfer, in dem ein Arbeitsmittel des thermodynamischen Kreisprozesses verdampft wird. In bekannter Weise umfaßt der Kreisprozeß weiterhin eine Entspannungseinrichtung, in der der aus dem Verdampfer kommende Heißdampf eine Turbine oder Flügelzellenpumpe antreibt, sowie einen nachgeschalteten Kondensator, in dem der Restdampf auskondensiert wird. Schließlich ist eine Speisepumpe vorgesehen, die das flüssige Arbeitsmittel wieder in den Verdampfer fördert.
  • Bevorzugt ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit der Heizeinrichtung gekoppelt ist. Bei Bedarf steuert die Steuereinheit die Heizeinrichtung an, um dem Abgasstrom Wärme zuzuführen. Die Steuereinheit kann dabei als separates Bauteil ausgebildet oder in eine vorhandene Motorsteuerung integriert sein.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit mit einem Temperatursensor verbunden, der insbesondere in der Abgasleitung stromaufwärts des Wärmetauschers angeordnet ist. Wird dann über den Sensor eine Temperatur unterhalb einer in der Steuereinheit eingestellten Grenztemperatur erfaßt, wird die Heizeinrichtung aktiviert, um den Abgasstrom aufzuheizen. Alternativ könnte natürlich auch ein Temperatursensor im Arbeitsmittelkreislauf unmittelbar nach dem Wärmetauscher angeordnet sein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms vorgesehen, der in einer einem Motor nachgeschalteten Abgasleitung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, geführt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    Zunächst wird überprüft, ob die Temperatur des Abgasstroms unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt. Dies kann beispielsweise von einem im Abgasstrom angeordneten und mit einer Steuereinheit gekoppelten Temperatursensor erfaßt werden. Alternativ ist es möglich, einfach eine Betriebsphase, in der erwartungsgemäß die Temperatur des Abgasstroms niedrig ist (also bei oder kurz nach einem Kaltstart bzw. im Niedriglastbetrieb), etwa mit Hilfe der Motorsteuerung, zu identifizieren.
  • Liegt die Temperatur des Abgasstroms unter dem vorbestimmten Grenzwert, wird dem Abgasstrom mittels einer Heizeinrichtung Wärme zugeführt. Schließlich wird dem Abgasstrom durch einen mit der Abgasleitung in Wechselwirkung stehenden Wärmetauscher Wärme entzogen. Diese Wärme wird, wie bereits oben erwähnt, in mechanische oder elektrische Energie umgewandelt oder, beispielsweise in einer Klimatisierungseinrichtung eines Fahrzeugs, direkt als Wärme genutzt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, das die bedarfsweise Aufheizung des Abgasstroms vorsieht, ist sichergestellt, daß in allen Betriebsphasen des Motors Wärme aus dem Abgasstrom entnommen werden kann. Im übrigen gelten die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Baugruppe genannten Weiterentwicklungen und speziellen Ausgestaltungen analog für das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Baugruppe zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.
  • Die Figur zeigt eine Baugruppe 10 zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, die eine einem Motor 12 nachgeschaltete Abgasleitung 14 umfaßt, in der der Abgasstrom geführt ist, dessen Hauptströmungsrichtung mit S bezeichnet ist. Bei dem Motor 12 handelt es sich insbesondere um eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Baugruppe 10 umfaßt einen (ersten) Wärmetauscher 16, der so mit der Abgasleitung 14 in Wechselwirkung steht, daß er dem Abgasstrom Wärme entziehen kann. Insbesondere wird der Wärmetauscher 16 vom Abgasstrom durchströmt. Bezüglich der Hauptströmungsrichtung S stromabwärts des Wärmetauschers 16 ist ein Schalldämpfer 18 angeordnet.
  • Stromaufwärts des Wärmetauschers 16 ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, mittels der dem Abgasstrom bei Bedarf Wärme zugeführt werden kann. Die Heizeinrichtung umfaßt einen katalytischen Brenner 20, der insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung wie ein Oxidationskatalysator oder ein katalytisch beschichteter Partikelfilter ist, sowie eine dem katalytischen Brenner 20 vorgeschaltete Vorrichtung 22 zur Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom. Die Vorrichtung 22 ist eine Verdampfungsvorrichtung, in der das Reduktionsmittel (hier Kraftstoff) vor dem Einbringen in den Abgasstrom verdampft wird, und steht über eine in der Figur nur angedeutete Zuleitung 24 mit einem Reduktionsmitteltank, insbesondere mit dem Kraftstofftank des Fahrzeugs, in Verbindung. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die Vorrichtung 22 so angeordnet, daß sie das Reduktionsmittel (bezüglich der Hauptströmungsrichtung S des Abgasstroms) unmittelbar stromaufwärts des katalytischen Brenners 20 in die Abgasleitung 14 einbringt. Das Reduktionsmittel kann dann im katalytischen Brenner 20 unter Erzeugung von Wärme katalytisch verbrannt werden. Gleichzeitig dient die Vorrichtung 22 im Fall, daß es sich bei dem katalytischen Brenner 20 um einen Partikelfilter handelt, zu dessen Regeneration. In einem Partikelfilter müssen von Zeit zu Zeit die angesammelten Rußpartikel abgebrannt werden, was durch Aufheizen des Abgasstroms möglich ist.
  • Die Heizeinrichtung, insbesondere die Vorrichtung 22 zur Einbringung des Reduktionsmittels, ist mit einer Steuereinheit 26 gekoppelt, die wiederum mit einem Temperatursensor 28 in Verbindung steht, der in der Abgasleitung 14 stromaufwärts des Wärmetauschers 16 angeordnet ist.
  • Der (erste) Wärmetauscher 16 stellt ein Bauteil eines thermodynamischen Kreisprozesses 29, insbesondere eines Rankine-Kreisprozesses oder -kreislaufs (auch als Clausius-Rankine-Kreisprozeß bezeichnet) dar und wird vom Arbeitsmittel des Kreisprozesses 29 durchströmt. Im Kreisprozeß 29 dient der erste Wärmetauscher 16 als Verdampfer, in dem das Arbeitsmittel bei hohem Druck verdampft und der Dampf überhitzt wird. Das dampfförmige Arbeitsmittel gelangt, wie durch den Pfeil P1 angedeutet, vom ersten Wärmetauscher 16 in eine Entspannungseinrichtung 30, in der der Heißdampf eine in der Figur nicht gezeigte Turbine antreibt. Der Restdampf wird anschließend (Pfeil P2) in einem der Entspannungseinrichtung 30 nachgeschalteten Kondensator 32 bei niedrigem Druck auskondensiert. Über eine Speisepumpe 34, die zusammen mit der Entspannungseinrichtung 30 ein kombiniertes Bauteil bildet, gelangt das nun flüssige, wieder unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel (Pfeile P3, P4) in einen zweiten Wärmetauscher 36, der mit einem Kühlwasserkreislauf 38 des Motors 12 in Wechselwirkung steht und ebenfalls ein Bauteil des Kreisprozesses 29 bildet. Im zweiten Wärmetauscher 36 wird das Arbeitsmittel erwärmt, etwa von rund 40°C auf etwa 90°C, und gelangt anschließend (Pfeil P5) wieder in den strömungsmäßig mit dem zweiten Wärmetauscher 36 verbundenen ersten Wärmetauscher 16, in dem es unter Hochdruck verdampft und dabei auch überhitzt wird. Zwischen dem ersten Wärmetauscher 16, der der Abgasleitung 14 zugeordnet ist, und dem zweiten Wärmetauscher 36, der dem Kühlwasserkreislauf 38 zugeordnet ist, ist außerdem eine Bypaßleitung 40 vorgesehen, die über ein Schaltventil 42 vom eigentlichen Kreislauf des Arbeitsmittels abzweigt. Durch die Bypaßleitung 40 lassen sich die übrigen Komponenten des thermodynamischen Kreisprozesses, nämlich die Entspannungseinrichtung 30, der Kondensator 32 sowie die Speisepumpe 34, umgehen.
  • Bei der Baugruppe 10 wird durch Einbeziehung des zweiten Wärmetauschers 36 in den Kreisprozeß 29 auch die Wärme aus dem Kühlwasserkreislauf 38 zur Erwärmung des Arbeitsmittels genutzt, und gleichzeitig wird das Kühlwasser gekühlt. Die in der Entspannungseinrichtung 30 „erzeugte" mechanische bzw. elektrische Energie kann im Fahrzeug auf vielfältige Weise genutzt werden.
  • Liegt nun eine Betriebsphase des Motors 12 vor, in der der Abgasstrom nicht heiß genug ist, um das Arbeitsmittel im Wärmetauscher 16 zu verdampfen (z. B. in einer Kaltstartphase oder im Niedriglastbetrieb), so wird dies durch den Temperatursensor 28 erfaßt, und die Steuereinheit 26 sendet ein entsprechendes Signal an die Vorrichtung 22, die Reduktionsmittel in den Abgasstrom einbringt. Dieses verbrennt im katalytischen Brenner 20 und heizt so den Abgasstrom auf, wodurch dem Wärmetauscher 16 und damit dem Arbeitsmittel eine genügend große Wärmemenge zur Verfügung steht. Statt in Abhängigkeit von der Erfassung der Abgastemperatur über den Sensor 28 kann die Ansteuerung der Heizeinrichtung auch einfach durch Erkennen der momentanen Motorbetriebsphase erfolgen, d. h. in einer Betriebsphase, in der die Temperatur des Abgasstroms erwartungsgemäß eher niedrig ist, wird das Reduktionsmittel dem Abgasstrom beigemengt. Darüber hinaus ist natürlich auch eine Temperaturerfassung im Arbeitsmittelkreislauf, etwa stromabwärts des ersten Wärmetauschers 16, möglich.
  • Aufgrund der Bypaßleitung 40 läßt sich außerdem in einer Kaltstartphase der Motor 12 über das Kühlwasser im Kühlwasserkreislauf 38 vorwärmen, nämlich indem das heiße bzw. dampfförmige Arbeitsmittel aus dem ersten Wärmetauscher 16 durch entsprechende Stellung des Schaltventils 42 unmittelbar in den zweiten Wärmetauscher 36 geleitet wird und dort das Kühlwasser erwärmt.
  • Mit der erfindungsgemäßen Baugruppe kann die Effizienz des Fahrzeugs verbessert und so der CO2-Ausstoß verringert werden. Da durch die aus der Vorrichtung 22 und dem katalytischen Brenner 20 gebildete Heizeinrichtung sichergestellt ist, daß die Wärme(rück)gewinnung aus dem Abgasstrom zu jedem Zeitpunkt möglich ist, läßt sich durch die erfindungsgemäße Baugruppe unter Umständen die Lichtmaschine vollständig ersetzen, da in jeder Betriebsphase Strom aus der im Abgasstrom enthaltenen Wärme erzeugt werden kann.
    • 10
    Baugruppe
    12
    Motor
    14
    Abgasleitung
    16
    erster Wärmetauscher
    18
    Schalldämpfer
    20
    katalytischer Brenner
    22
    Vorrichtung
    24
    Zuleitung
    26
    Steuereinheit
    29
    thermodynamischer Kreisprozeß
    30
    Entspannungseinrichtung
    32
    Kondensator
    34
    Speisepumpe
    36
    zweiter Wärmetauscher
    38
    Kühlwasserkreislauf
    40
    Bypaßleitung
    42
    Schaltventil
    P1–P5
    Strömungsrichtung im Kreisprozeß
    S
    Hauptströmungsrichtung des Abgasstroms

Claims (14)

  1. Baugruppe zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, mit einer einem Motor (12) nachgeschalteten Abgasleitung (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, in der der Abgasstrom geführt ist, und einem Wärmetauscher (16), der mit der Abgasleitung (14) in Wechselwirkung steht, um dem Abgasstrom Wärme zu entziehen, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Hauptströmungsrichtung (S) des Abgasstroms stromaufwärts des Wärmetauschers (16) eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels der dem Abgasstrom bei Bedarf Wärme zugeführt werden kann.
  2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung einen katalytischen Brenner (20), insbesondere einen Oxidationskatalysator oder einen katalytisch beschichteten Partikelfilter, umfaßt.
  3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung eine Vorrichtung (22) zur Einbringung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom umfaßt.
  4. Baugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) eine Verdampfungsvorrichtung ist, in der das Reduktionsmittel vor dem Einbringen in den Abgasstrom verdampft wird.
  5. Baugruppe nach Anspruch 2 und Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (22) so angeordnet ist, daß sie das Reduktionsmittel unmittelbar stromaufwärts des katalytischen Brenners (20) in die Abgasleitung (14) einbringt.
  6. Baugruppe nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsmittel im katalytischen Brenner (20) unter Erzeugung von Wärme katalytisch verbrannt wird.
  7. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) strömungsmäßig mit einem zweiten Wärmetauscher (36) verbunden ist, der mit einem Kühlwasserkreislauf (38) des Motors (12) in Wechselwirkung steht.
  8. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) ein Bauteil eines thermodynamischen Kreisprozesses (29), insbesondere eines Rankine-Kreisprozesses, ist.
  9. Baugruppe nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, dem Kühlwasserkreislauf (38) zugeordnete Wärmetauscher (36) ebenfalls ein Bauteil des thermodynamischen Kreisprozesses (29) bildet.
  10. Baugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem der Abgasleitung (14) zugeordneten Wärmetauscher (16) und dem zweiten, dem Kühlwasserkreislauf (38) zugeordneten Wärmetauscher (36) eine Bypaßleitung (40) zur Umgehung der übrigen Komponenten des thermodynamischen Kreisprozesses (29) vorgesehen ist.
  11. Baugruppe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) als Verdampfer dient, in dem ein Arbeitsmittel des thermodynamischen Kreisprozesses (29) verdampft wird.
  12. Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung mit einer Steuereinheit (26) gekoppelt ist.
  13. Baugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) mit einem Temperatursensor (28) verbunden ist, der insbesondere in der Abgasleitung (14) stromaufwärts des Wärmetauschers (16) angeordnet ist.
  14. Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms, der in einer einem Motor (12) nachgeschalteten Abgasleitung (14), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, geführt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: es wird überprüft, ob die Temperatur des Abgasstroms unter einem vorbestimmten Grenzwert liegt, ist dies der Fall, wird dem Abgasstrom mittels einer Heizeinrichtung Wärme zugeführt, und dem Abgasstrom wird durch einen mit der Abgasleitung (14) in Wechselwirkung stehenden Wärmetauscher (16) Wärme entzogen.
DE102007040613A 2007-08-27 2007-08-27 Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms Withdrawn DE102007040613A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007040613A DE102007040613A1 (de) 2007-08-27 2007-08-27 Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms
EP08801713A EP2183472A1 (de) 2007-08-27 2008-08-26 Baugruppe sowie verfahren zur nutzung der wärme eines abgasstroms
PCT/EP2008/006984 WO2009027072A1 (de) 2007-08-27 2008-08-26 Baugruppe sowie verfahren zur nutzung der wärme eines abgasstroms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007040613A DE102007040613A1 (de) 2007-08-27 2007-08-27 Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102007040613A1 true DE102007040613A1 (de) 2009-03-05

Family

ID=39938316

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007040613A Withdrawn DE102007040613A1 (de) 2007-08-27 2007-08-27 Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2183472A1 (de)
DE (1) DE102007040613A1 (de)
WO (1) WO2009027072A1 (de)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003193832A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Denso Corp 熱機関の排気装置
DE10259488A1 (de) * 2002-12-19 2004-07-01 Bayerische Motoren Werke Ag Wärmekraftmaschine
DE102004048335B4 (de) * 2004-10-01 2007-04-12 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine und zugehöriges Betriebsverfahren
DE102004048338C5 (de) * 2004-10-01 2015-11-19 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
EP2183472A1 (de) 2010-05-12
WO2009027072A1 (de) 2009-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014102027A2 (de) System zur energierückgewinnung aus einem abwärmestrom einer brennkraftmaschine
EP2064415A1 (de) Wärmetauscheranordnung
DE102010033124A1 (de) Brennkraftmaschine mit einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine
DE102011005072A1 (de) Verbrennungsmotor
DE102007062598A1 (de) Nutzung einer Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine
DE102015016783A1 (de) Vorrichtung zur Gewinnung von Energie aus Abwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE102007049366A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie aus heißen Gasströmen insbesondere eines Verbrennungsmotors
DE102009060343B4 (de) Vorrichtung zur Abwärmenutzung von Brennkraftmaschinen
DE102007040613A1 (de) Baugruppe sowie Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Abgasstroms
WO2012010253A1 (de) Antriebssystem für ein fahrzeug
DE102013222763A1 (de) Abwärmerückgewinnungssystem
EP2886806B1 (de) Strömungsmaschine
WO2018077505A1 (de) Abwärmerückgewinnungssystem mit einem arbeitsfluidkreislauf und verfahren zum betreiben eines derartigen abwärmerückgewinnungssystems
WO2020048882A1 (de) Abgasrezirkulation in gas- und dampfturbinenanlagen
DE102015004495A1 (de) Vorrichtung zur Abwärmerückgewinnung und Verfahren zu deren Betrieb
DE102016205267B4 (de) Vorrichtung zur Energierückgewinnung an einem Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader als Wärmequelle für einen Dampfkraftmaschinenkreislauf und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
DE102015224128A1 (de) Abwärmerückgewinnungssystem einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben eines Abwärmerückgewinnungssystems einer Brennkraftmaschine
EP1242729B1 (de) Verfahren zum betreiben einer dampfturbine sowie turbinenanlage mit einer danach arbeitenden dampfturbine
WO2013056987A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung von strom
DE102015206151A1 (de) Vorrichtung zur Energierückgewinnung an einem Verbrennungsmotor mit Abgasturbolader als Wärmequelle für einen Dampfkraftmaschinenkreislauf und Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung
DE19936655A1 (de) Gasturbinenanlage mit Brennstoffvorwärmung sowie Kombikraftwerk mit einer solchen Gasturbinenanlage
DE102016014925A1 (de) Vorrichtung zur Kühlung eines Abgasstroms
DE102014011763A1 (de) Anordnung zur Gewinnung mechanischer Energie aus Verlustwärme einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges
DE202020001072U1 (de) Vorrichtung zum Reinigen des Abgases einer Verbrennungskraftmaschine
WO2007137705A1 (de) Abgasanlage für eine verbrennungskraftmaschine sowie verfahren zur regeneration eines abgasreinigungssystems

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20110301