DE102010055915A1

DE102010055915A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010055915A1
Application number: DE102010055915A
Authority: DE
Inventors: Dr. Streule Thomas; Dipl.-Ing. Alexander (FH) Kropp; Dipl.-Ing. Jung Manuel; Dipl.-Ing. Krebs Eugen
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine (3) mit einer Abgasanlage (1) und nachgeordneter oder integrierter Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) in einem Fahrzeug. Erfindungsgemäß wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine (3) eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) umgehend angeordnete Bypassleitung (2.2) mittels einer Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagt und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (3) werden die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Dosier-Nerzweigeeinrichtung (V1; V2) in Richtung der Brennkraftmaschine (3) aufgestaut. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 5.
Heutige Verbrennungskraftmaschinen weisen einen Wirkungsgrad von bis zu 40 Prozent auf. Die Verluste werden überwiegend als Wärme an ein Kühlmittel und als Abgaswärme abgegeben.
Im Stand der Technik existieren verschiedene Verfahren und Vorrichtungen, mittels derer aus der Abgaswärme und/oder der Kühlmittelwärme elektrische und/oder mechanische Energie gewonnen wird.
In der JP 60206909 A ist eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung beschrieben, mittels welcher einem Abgas vor einer Rückführung in einen Ansaugtrakt einer Turbine Wärme entzogen wird.
In der JP 2006 283 711 A ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung der Abgaswärme einer Verbrennungsmaschine beschrieben.
In der EP 0 434 419 B1 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung und Nutzung von Wärmeenergie aus den Abgasen eines großen Dieselmotors, der zum Erzeugen mechanischer Energie benutzt wird und mit einem Turbolader versehen ist, beschrieben, wobei mindestens ein Teil der in den Abgasen des Motors enthaltenen Wärmeenergie rückgewonnen und zum Erzeugen von Sekundärenergie zur Verwendung unabhängig von der Erzeugung der mechanischen Energie mittels des Motors benutzt wird, wobei die Rückgewinnung der Wärmeenergie aus den Abgasen mindestens in zwei Phasen erfolgt, eine vor dem Einleiten der Gase in den Turbolader zur Erzeugung von Heißwasser oder Dampf, und eine nach dem Durchlauf der Abgase durch den Turbolader zur Vorerwärmung von Zufuhrwasser für die Erzeugung von Heißwasser oder Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass bei Motorlasten unterhalb des Maximums die Wiedergewinnung der Wärmeenergie aus den Abgasen vor deren Einleiten in den Turbolader dadurch verringert wird, dass ein Anteil der Abgase unmittelbar in den Turbolader umgeleitet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes, insbesondere effizienteres Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine anzugeben.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 5 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer Abgasanlage mit Abgasleitung, in welcher eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet sind, ist erfindungsgemäß in der Abgasanlage eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung umgehende Bypassleitung angeordnet, wobei in der Abgasleitung in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine Dosier-/Verzweigeeinrichtung derart angeordnet ist, dass die Bypassleitung mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagbar ist und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Dosier-/Verzweigeeinrichtung in Richtung der Brennkraftmaschine aufstaubar sind.
Damit ermöglicht die Dosier-/Verzweigeeinrichtung eine Regelung der Fließgeschwindigkeit und des Massenstromes des der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zugeführten Abgases. Die Fließgeschwindigkeit hat Einfluss auf den Wärmeeintrag des Abgases in das Arbeitsmedium der Wärmerückgewinnungsvorrichtung. Zusätzlich kann über die Aufstauung der Abgase eine Androsselung des Abgasgegendrucks und damit die Abgastemperatur beeinflusst werden. Dies kann von der Wärmerückgewinnungsvorrichtung oder im Thermomanagement des Fahrzeugs genutzt von werden z. B. zur Erwärmung von Fahrzeugkomponenten oder Arbeitsmedien. Desweiteren kann der über die Aufstauung der Abgase erzeugte Abgasgegendruck zur Darstellung oder Unterstützung einer Motorbremse eingesetzt werden.
In einer Ausführungsfom ist in der Abgasleitung in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine Armatur derart angeordnet, dass die Bypassleitung mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagbar ist und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Armatur in Richtung der Brennkraftmaschine aufstaubar sind.
Dabei ist eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung durchströmende Abgasmenge und ein daraus resultierender Wärmeeintrag oder Wärmeverlust der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder der Wärmerückgewinnungsvorrichtung steuer- und/oder regelbar. Mit anderen Worten kann durch eine Regelung und/oder Steuerung unabhängig vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine der Wärmeeintrag oder der Wärmeverlust in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gezielt beeinflusst werden. Dadurch ist vorteilhafterweise der Wärmeeintrag und der Wärmeverlust in Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder Wärmerückgewinnungsvorrichtung begrenzbar. Zusätzlich kann über die Aufstauung der Abgase eine Androsselung des Abgasgegendrucks und damit die Abgastemperatur beeinflusst werden.
Hierzu ist in einer möglichen Ausführungsform in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung die Armatur in der Abgasleitung angeordnet, wobei die Armatur ein erstes Drosselventil und ein erstes Bypassventil umfasst oder ein erstes Dreiwege-Ventil umfasst.
Weiterhin ist in der Abgasanlage in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine zweite Armatur angeordnet, wobei die Armatureinrichtung ein zweites Drosselventil und ein zweites Bypassventil umfasst oder ein zweites Dreiwege-Ventil umfasst.
In einer Ausführungsform ist die Armatur derart angeordnet dass zumindest ein Teil des Abgases unter Umgehung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mittels der Armatur über die Bypassleitung umleitbar ist. Dadurch kann die der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführte oder abgeführte Wärmemenge beeinflusst und eine Überhitzung oder Auskühlung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vermieden werden.
In einer Ausführungsform ist die Armatureinrichtung derart angeordnet, dass zumindest ein Teil des Abgases unter Umgehung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung mittels der Armatureinrichtung über die Bypassleitung umleitbar ist. Dadurch kann in die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gezielt Wärme eingetragen oder abgeführt werden. Damit kann einerseits eine Überhitzung oder Auskühlung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung vermieden werden. Darüber hinaus ist es damit möglich die Wärmerückgewinnungsvorrichtung oder sogar die gesamte Energierückgewinnungsvorrichtung als Wärmespeicher zu nutzen.
Beim Verfahren zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer Abgasanlage mit Abgasleitung, in welcher eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet sind, wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung umgehend angeordnete Bypassleitung mittels einer Dosier-/Verzweigeeinrichtung mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagt und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Dosier-/Verzweigeeinrichtung in Richtung der Brennkraftmaschine aufgestaut.
Dabei kann mittels der in der Abgasleitung angeordneten Dosier-/Verzweigeeinrichtung ein Abgasgegendruck abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine gezielt beeinflusst werden. Somit kann ein bereits im Fahrzeug vorhandenes herkömmliches Motorbremssystem und/oder ein vorhandenes herkömmliches Thermomanagementsystem entfallen oder zumindest ergänzt und effizienter betrieben werden.
Besonders vorteilhafterweise ist eine Regelung eines trägen und komplexen Clausius-Rankine-Kreisprozesses, in welchem die Wärmerückgewinnungsvorrichtung integriert ist, verbessert.
In einem ersten Betriebszustand der Abgasanlage werden das oder die Bypassventile geschlossen und das oder die Drosselventile vollständig geöffnet, so dass die gesamte Abgasmenge durch Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder Wärmerückgewinnungsvorrichtung geführt wird. Dieser Betriebszustand der Abgasanlage wird zweckmäßigerweise von einer Steuereinheit geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand befindet, welcher keine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung erfordert.
In einem zweiten Betriebszustand der Abgasanlage wird das erste Bypassventil geschlossen und das stromabwärts vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnete erste Drosselventil vollständig geöffnet, während das zweite Bypassventil zumindest teilweise geöffnet wird und am stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordneten zweiten Drosselventil eine verringerte Durchflussmenge eingestellt wird. Auf diese Weise wird ein sicherer Betrieb der Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit einem reduzierten Wärmeeintrag ermöglicht.
Eine Begrenzung der Wärmeaufnahme der Wärmerückgewinnungsvorrichtung wird beispielsweise notwendig, um eine zulässige Höchsttemperatur eines in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zirkulierenden Arbeitsmittels und/oder eine maximal in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung abführbare Wärmemenge nicht zu überschreiten.
In einem dritten Betriebszustand der Abgasanlage werden das oder die Bypassventile geöffnet und das oder die Drosselventile verschlossen oder an den Drosselventilen eine verringerte Durchflussmenge eingestellt wird, so dass die gesamte Abgasmenge oder nahezu die gesamte Abgasmenge durch die Bypassleitung geführt wird. Dieser Betriebszustand der Abgasanlage wird besonders vorteilhafterweise von der Steuereinheit geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand befindet, welcher eine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung erfordert.
In einem vierten Betriebszustand der Abgasanlage wird das stromabwärts erste Bypassventil geöffnet und das stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnete erste Drosselventil geschlossen, während das zweite Bypassventil und das stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung angeordnete zweite Drosselventil vollständig geöffnet werden. Somit durchströmt zweckmäßigerweise die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine die die Abgasnachbehandlungsvorrichtung umgehende Bypassleitung, während das zweite Bypassventil und das zweite Drosselventil vollständig geöffnet sind, wodurch die gesamte im Abgas enthaltene Wärmemenge auf die Wärmerückgewinnungsvorrichtung einwirken kann.
Eine solche Begrenzung der Wärmeaufnahme der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist beispielsweise notwendig, um eine Zerstörung von katalytisch aktiven Bauteilen und/oder Substanzen in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu vermeiden.
In einem fünften Betriebszustand der Abgasanlage wird an ein oder mehreren Bypassventilen und an den ein oder mehreren Drosselventilen jeweils eine verringerte Durchflussmenge, insbesondere bis zum völligen Schießen der Ventile, eingestellt wird, wodurch ein Abgasgegendruck erhöht wird.
Durch die Aufstauung der Abgase und den daraus resultierend erhöhten Abgasgegendruck muss die Brennkraftmaschine mehr Verdichtungsarbeit leisten. Daraus resultiert eine Verschlechterung des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine und eine erhöhte Motorbremswirkung, welche eine herkömmliche Betriebsbremsanlage eines Fahrzeugs vorteilhafterweise unterstützt und entlastet und bei zeitlich lang andauernden Bremsvorgängen, beispielsweise Passabfahrten, ein so genanntes Bremsenfading verhindert.
Somit ist durch die Erfindung eine Betriebssicherheit des Fahrzeugs besonders vorteilhafterweise erhöht und ein Verschleiß, beispielsweise der herkömmlichen Bremsbeläge, verringert.
Insbesondere werden in einer Ausführungsform das stromabwärts erste Bypassventil und das erste Drosselventil verschlossen oder am ersten Bypassventil und am ersten Drosselventil wird eine verringerte Durchflussmenge eingestellt, wodurch ein Abgasgegendruck erhöht wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung können besonders vorteilhafterweise bei jeder Brennkraftmaschine eingesetzt werden, um eine optimierte Anströmung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und/oder der Wärmerückgewinnungsvorrichtung zu realisieren.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine erste Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 schematisch eine zweite Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 schematisch eine dritte Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 schematisch eine vierte Ausführungsvariante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Einander entsprechende Teile sind in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine erste Ausführungsvariante einer Abgasanlage 1 mit einer Abgasleitung 2.1 und einer Bypassleitung 2.2 dargestellt.
Die Abgasanlage 1 ist eine herkömmliche Abgasanlage einer Brennkraftmaschine 3. Die Brennkraftmaschine 3 kann als Diesel- oder Ottomotor ausgebildet sein.
Die Abgasanlage 1 umfasst zumindest eine herkömmliche Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5, die in der Abgasleitung 2.1 angeordnet sind.
Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 ist stromabwärts nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 in der Abgasleitung 2.1 angeordnet, so dass ein Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 zuerst die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 durchströmt.
Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 ist Teil einer herkömmlichen Energierückgewinnungsvorrichtung 6 und vorzugsweise als herkömmlicher Wärmetauscher ausgebildet. Die Energierückgewinnungsvorrichtung 6 umfasst zumindest die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5, eine Fördereinheit 7, eine Expansionsvorrichtung 8 und einen Kondensator 9. Die einzelnen Teile der Energierückgewinnungsvorrichtung 6 sind in einem Kreislauf verschaltet, wobei in diesem Kreislauf ein nicht näher dargestelltes Arbeitsmedium führbar ist und ein in dem Kreislauf durchgeführter Prozessablauf insbesondere dem eines Clausius-Rankine-Kreisprozesses entspricht.
In der Expansionsvorrichtung 8, die z. B. als Turbine, Scrollexpander oder Kolbenexpansionsmaschine ausgeführt ist, wird die im Arbeitsmedium gespeicherte Energie in eine mechanische Energie umgewandelt, welche beispielsweise zu einem Antrieb eines nicht dargestellten elektrischen Generators genutzt werden kann.
Mit der Energierückgewinnungsvorrichtung 6 ist somit anfallende Verlustwärme des Abgasstromes der Brennkraftmaschine 3 durch einen thermodynamischen Kreisprozess abführbar und umwandelbar.
Da jedoch Abgastemperatur und Abgasdurchsatz in der Abgasanlage 1 je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine 3 variieren, z. B. von geringer Last bis Volllast, müssen die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 für einen weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 3 ausgelegt und optimiert sein.
Im Stand der Technik ist eine Auslegung der Energierückgewinnungsvorrichtung 6 auf den maximal möglichen Wärmeeintrag üblich. Dies führt zu einem überdimensionierten und schweren Systemaufbau. Da bei zu hoher thermischer Belastung eine thermische Zersetzung herkömmlicher Arbeitsmedien stattfindet, führt dies auch zu Einschränkungen bei der Auswahl des in der Energierückgewinnungsvorrichtung 6 zirkulierenden Arbeitsmittels.
In der Abgasanlage 1 ist in Strömungsrichtung des Abgases vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 eine Dosier-/Verzweigeeinrichtung V1; V2 angeordnet, die als Armatur V1 oder als Armatureinrichtung V2 ausgebildet sein kann. In der Abgasanlage 1 ist in Strömungsrichtung des Abgases vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 die Armatur V1 angeordnet. Diese Armatur V1 ist als eine herkömmliche, steuerbare Verteil- oder Dosier- und Verzweigeinrichtung ausgebildet. Dabei kann die Armatur V1 elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert werden. Hierzu kann die Armatur V1 als Klappe, Schieber, Hahn oder Ventil ausgebildet sein, die mittels einer Steuereinheit 11 gesteuert wird. Durch Steuerung der Armatur V1 mittels der Steuereinheit 11 wird der Abgasstrom vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 entsprechend auf die Bypassleitung 2.2 und/oder auf die in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 mündende Abgasleitung 2.1 aufgeteilt.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Armatur V1 als ein erstes Dreiwege-Ventil 17 ausgeführt, welches beispielsweise elektrisch mit der Steuereinheit 11 verbunden ist.
Mittels des ersten Dreiwege-Ventils 17 ist eine gesamte Durchflussmenge des Abgases von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt verteilbar.
Erfindungsgemäß zweigt ein erster Abschnitt 14 der Bypassleitung 2.2 im ersten Dreiwege-Ventil 17 von der Abgasleitung 2.1 ab.
Mittels des ersten Dreiwege-Ventils 17 ist der erste Abschnitt 14 der Bypassleitung 2.2, welcher die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 umgehend in der Abgasanlage 1 angeordnet ist, mit zumindest einem Teil des Abgasstromes aus der Abgasanlage 1 von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt beaufschlagbar.
In der Abgasanlage 1 ist in Strömungsrichtung des Abgases vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 eine Armatureinrichtung V2 in der Abgasleitung 2.1 angeordnet. Diese Armatureinrichtung V2 ist als eine herkömmliche, steuerbare Verteil- oder Dosier- und Verzweigeinrichtung ausgebildet. Dabei kann die Armatureinrichtung V2 elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert werden. Hierzu kann die Armatureinrichtung V2 als Klappe, Schieber, Hahn oder Ventil ausgebildet sein, die mittels einer Steuereinheit 11 gesteuert wird. Durch Steuerung der Armatureinrichtung V2 mittels der Steuereinheit 11 wird der Abgasstrom nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 entsprechend auf die Bypassleitung 2.2 und/oder auf die in die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 mündende Abgasleitung 2.1 aufgeteilt.
Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Armatureinrichtung V2 als ein zweites Dreiwege-Ventil 18 ausgeführt, welches beispielsweise elektrisch mit der Steuereinheit 11 verbunden ist.
Mittels des zweiten Dreiwege-Ventils 18 ist die in die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 strömende Durchflussmenge des Abgases von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt verteilbar.
Erfindungsgemäß zweigt ein zweiter Abschnitt 15 der Bypassleitung 2.2 im zweiten Dreiwege-Ventil 18 von der Abgasleitung 2.1 ab.
Mittels des zweiten Dreiwege-Ventils 18 ist der zweite Abschnitt 15 der Bypassleitung 2.2, welcher die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgehend in der Abgasanlage 1 angeordnet ist, mit zumindest einem Teil des Abgasstromes von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt beaufschlagbar.
Die aus erstem und zweitem Abschnitt 14, 15 gebildete Bypassleitung 2.2 ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgehend angeordnet und mündet stromabwärts nach der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in die Abgasleitung 2.1.
Im Betrieb der Abgasanlage 1 ist mittels der als Dreiwege-Ventile 17 und 18 ausgebildeten Armatur V1 bzw. Armatureinrichtung V2 die die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmende Abgasmenge variier- und begrenzbar. Aus der variierbaren Abgasmenge resultiert vorteilhafterweise ein steuer- und/oder regelbarer Wärmeeintrag oder Wärmeverlust in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5. Insbesondere wird der Abgasstrom mittels Steuerung der Armatur V1 oder der Armatureinrichtung V2 oder mittels Steuerung der Armatur V1 und der Armatureinrichtung V2 gemeinsam derart auf die Bypassleitung 2.2 und/oder die Abgasleitung 2.1 verteilt, dass der Abgasstrom nur die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4, nur die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 oder beide durch entsprechende Abzweigung auf die Bypassleitung 2.2 ganz oder teilweise umgeht.
Beispielsweise wird der Abgasstrom temperaturgesteuert in die Bypassleitung 2.2 geführt, d. h. umgeleitet. So wird beispielsweise bei Über- oder Unterschreitung eines vorgegebenen Temperaturgrenzwertes für die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 der Abgasstrom entsprechend auf die Bypassleitung 2.2 vollständig bzw. teilweise umgeleitet.
Durch eine derartige variable Umleitung des Abgasstroms auf die Bypassleitung 2.2 ist eine Überhitzung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 und eine daraus resultierende Zersetzung des in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 geführten Arbeitsmediums und/oder eine Überhitzung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und eine daraus resultierende Zersetzung der keramischen Substrate verhindert. Ebenso wird eine Auskühlung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 verhindert. Dabei können die Komponenten vorteilhafterweise als Energiespeicher verwendet werden und insbesondere ein Wärmespeichervermögen der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 ist nutzbar.
Eine Begrenzung der Wärmeaufnahme der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 ist beispielsweise notwendig, um eine zulässige Höchsttemperatur des Arbeitsmediums und/oder eine maximal in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 abführbare Wärmemenge nicht zu überschreiten.
Eine Begrenzung der Wärmeaufnahme der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 ist beispielsweise notwendig, um eine Zerstörung von katalytisch aktiven Bauteilen und/oder Substanzen in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 zu vermeiden.
Insbesondere können während des Betriebs der in 1 dargestellten Abgasanlage 1 fünf Betriebszustände an der Abgasanlage 1 eingestellt werden.
In einem ersten Betriebszustand der Abgasanlage 1, auch als Normalbetrieb bezeichnet, werden die Dreiwege-Ventile 17 und 18 derart eingestellt, dass die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmt.
Dieser erste Betriebszustand der Abgasanlage 1 wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einem Betriebszustand befindet, welcher keine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 erfordert.
In einem zweiten Betriebszustand der Abgasanlage 1 ist das erste Dreiwege-Ventil 17 derart eingestellt, dass die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 durchströmt. Das zweite Dreiwege-Ventil 18 ist derart eingestellt, dass zumindest ein Teil des gesamten Abgasstroms durch den zweiten Abschnitt 15 der Bypassleitung 2.2 strömt und somit die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgeht, wodurch ein sicherer Betrieb der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 mit einem reduzierten Wärmeeintrag stattfinden kann.
In einem dritten Betriebszustand der Abgasanlage 1 werden die Dreiwege-Ventile 17 und 18 derart eingestellt, dass der gesamte Abgasstrom oder nahezu der gesamte Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 die Bypassleitung 2.2 durchströmt.
In einem vierten Betriebszustand der Abgasanlage 1 ist das erste Dreiwege-Ventil 17 derart eingestellt, dass der gesamte Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 umgeht und den ersten Abschnitt 14 der Bypassleitung 2.2 durchströmt. Das zweite Dreiwege-Ventil 18 ist derart eingestellt, dass der gesamte Abgasstrom die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmt und somit die gesamte im Abgas enthaltene Wärmemenge auf die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 einwirken kann.
In einem fünften Betriebszustand der Abgasanlage 1 wird das erste Dreiwege-Ventil 17 derart verschlossen oder am ersten Dreiwege-Ventil 17 wird eine verringerte Durchflussmenge eingestellt, dass daraus resultierend das Abgas innerhalb der Abgasanlage 1 in Richtung der Brennkraftmaschine 3 aufgestaut wird und ein auf die Brennkraftmaschine 3 einwirkender Abgasgegendruck signifikant erhöht wird.
Der Abgasgegendruck kann durch die Ansteuerung und/oder Regelung des ersten Dreiwege-Ventils 17 von der Steuereinheit 11 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 3 gezielt beeinflusst und eingestellt werden.
Aus dem gestiegenen Abgasgegendruck resultiert eine Verschlechterung des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine 3, wodurch die Brennkraftmaschine 3 mehr Verdichtungsarbeit leisten muss. Die Brennkraftmaschine 3 entfaltet somit eine erhöhte Motorbremswirkung, welche eine herkömmliche Betriebsbremsanlage eines Fahrzeugs vorteilhafterweise unterstützt und entlastet.
Dieser Betriebszustand der Abgasanlage 1 wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich Brennkraftmaschine 3 und Fahrzeug in einem Betriebszustand befinden, welcher eine Unterstützung und Entlastung der herkömmlichen Betriebsbremsanlage des Fahrzeugs erfordert. Ein solcher Betriebszustand von Brennkraftmaschine 3 und Fahrzeug ist bei zeitlich lang andauernden Bremsvorgängen, beispielsweise Passabfahrten, gegeben, bei denen mittels des erfindungemäßen Verfahrens ein so genanntes Bremsenfading verhindert wird.
In 2 ist schematisch eine zweite Ausführungsvariante einer Abgasanlage 1' mit einer Abgasleitung 2.1 und einer Bypassleitung 2.2 dargestellt.
In der Abgasanlage 1' ist in Strömungsrichtung des Abgases vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 als Armatur V1 ein erstes Drosselventil 10 angeordnet. Dieses erste Drosselventil 10 ist ein herkömmliches, steuerbares Drosselventil, welches mit einer Steuereinheit 11 verbunden ist. Dabei kann das erste Drosselventil 10 alternativ als Schieber, Klappe oder Hahn elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert ausgebildet sein.
Mittels des ersten Drosselventils 10 ist eine Durchflussmenge des Abgases von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt reduzierbar.
Erfindungsgemäß zweigt die Bypassleitung 2.2 stromabwärts vor dem ersten Drosselventil 10 von der Abgasleitung 2.1 ab. Im Bereich dieses Abzweigs umfasst die Armatur V1 ein erstes Bypassventil 12, das in der Bypassleitung 2.2 angeordnet und elektrisch mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. Alternativ kann das erste Bypassventil 12 als ein Schieber, eine Klappe oder ein Hahn elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert ausgebildet sein.
Mittels des ersten Bypassventils 12 ist die Bypassleitung 2.2 mit zumindest einem Teil des Abgasstromes von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt beaufschlagbar.
Die Bypassleitung 2.2 ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgehend in der Abgasanlage 1' angeordnet und mündet stromabwärts nach der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in die Abgasleitung 2.1.
Im Betrieb der Abgasanlage 1' ist mittels des ersten Drosselventils 10 die die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmende Abgasmenge variier- und begrenzbar. Aus der variierbaren Abgasmenge resultiert vorteilhafterweise ein steuer- und/oder regelbarer Wärmeeintrag oder Wärmeverlust in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5.
Insbesondere können während des Betriebs der in 2 dargestellten Abgasanlage 1' drei Betriebszustände an der Abgasanlage 1 eingestellt werden.
In einem ersten Betriebszustand der Abgasanlage 1', auch als Normalbetrieb bezeichnet, ist das erste Bypassventil 12 geschlossen und das erste Drosselventil 10 vollständig geöffnet. Daraus resultierend durchströmt die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5.
Dieser erste Betriebszustand der Abgasanlage 1' wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einem Betriebszustand befindet, welcher keine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 erfordert.
In einem zweiten Betriebszustand der Abgasanlage 1' ist das erste Bypassventil 12 geöffnet und das erste Drosselventil 10 ist verschlossen oder am ersten Drosselventil 10 ist eine verringerte Durchflussmenge eingestellt. Daraus resultierend durchströmt die gesamte Abgasmenge oder nahezu die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Bypassleitung 2.2.
Dieser zweite Betriebszustand der Abgasanlage 1' wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einem Betriebszustand befindet, welcher eine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 erfordert.
Ein solcher Betriebzustand der Brennkraftmaschine 3 ist analog zum Ausführungsbeispiel nach 1 gegeben, wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einer so genannten Schubabschaltung befindet oder wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einer so genannten Volllastanreicherung oder einem vergleichbaren Betriebszustand mit besonders hohen Abgastemperaturen befindet. In diesen beiden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 3 wird in der Abgasanlage 1' der zweite Betriebszustand eingestellt, indem das erste Bypassventil 12 zumindest teilweise oder vollständig geöffnet wird und das Drosselventil 10 entsprechend teilweise oder vollständig geschlossen wird.
In einem dritten Betriebszustand der Abgasanlage 1' werden das erste Bypassventil 12 und das erste Drosselventil 10 verschlossen oder am ersten Drosselventil 10 und am ersten Bypassventil 12 wird eine verringerte Durchflussmenge eingestellt. Daraus resultierend wird das Abgas innerhalb der Abgasanlage 1 in Richtung der Brennkraftmaschine 3 aufgestaut und ein auf die Brennkraftmaschine 3 einwirkender Abgasgegendruck wird signifikant erhöht.
Der Abgasgegendruck kann durch die Ansteuerung und/oder Regelung des ersten Drosselventils 10 und des ersten Bypassventils 12 von der Steuereinheit 11 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 3 gezielt beeinflusst und eingestellt werden.
Aus dem gestiegenen Abgasgegendruck resultiert eine Verschlechterung des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine 3, wodurch die Brennkraftmaschine 3 mehr Verdichtungsarbeit leisten muss. Die Brennkraftmaschine 3 entfaltet somit eine erhöhte Motorbremswirkung, welche eine herkömmliche Betriebsbremsanlage eines Fahrzeugs vorteilhafterweise unterstützt und entlastet.
Dieser Betriebszustand der Abgasanlage 1' wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich Brennkraftmaschine 3 und Fahrzeug in einem Betriebszustand befinden, welcher eine Unterstützung und Entlastung der herkömmlichen Betriebsbremsanlage des Fahrzeugs erfordert. Ein solcher Betriebszustand von Brennkraftmaschine 3 und Fahrzeug ist bei zeitlich lang andauernden Bremsvorgängen, beispielsweise Passabfahrten, gegeben, bei denen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein so genanntes Bremsenfading verhindert wird.
In 3 ist schematisch eine dritte Ausführungsvariante einer Abgasanlage 1'' mit einer Abgasleitung 2.1 und einer Bypassleitung 2.2 dargestellt.
In dieser Ausführungsvariante ist die als erstes Drosselventil 10 ausgebildete Armatur V1 in der Abgasanlage 1'' in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in der Abgasleitung 2.1 angeordnet. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 2 ist somit die Anordnung des ersten Drosselventils 10 verändert, anstelle vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 ist dieses nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 angeordnet.
Mittels des ersten Drosselventils 10 ist eine Durchflussmenge des Abgases von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt reduzierbar.
Erfindungsgemäß zweigt die Bypassleitung 2.2 stromabwärts nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und vor dem ersten Drosselventil 10 von der Abgasleitung 2.1 ab. Im Bereich dieses Abzweigs ist das erste Bypassventil 12 in der Bypassleitung 2.2 angeordnet und elektrisch mit der Steuereinheit 11 verbunden.
Mittels des ersten Bypassventils 12 ist die Bypassleitung 2.2 mit Abgas aus der Abgasanlage 1'' von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt beaufschlagbar.
Die Bypassleitung 2 ist die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgehend angeordnet und mündet stromabwärts nach der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in die Abgasanlage 1.
Im Betrieb der Abgasanlage 1'' ist mittels des ersten Drosselventils 10 die die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmende Abgasmenge variier- und begrenzbar, während die gesamte Abgasmenge die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 durchströmt.
Der Abgasgegendruck kann durch die Ansteuerung und/oder Regelung des ersten Drosselventils 10 und des ersten Bypassventils 12 von der Steuereinheit 11 abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine 3 gezielt beeinflusst und eingestellt werden.
Werden beispielsweise das erste Bypassventil 12 und das erste Drosselventil 10 verschlossen oder wird am ersten Drosselventil 10 und am ersten Bypassventil 12 eine verringerte Durchflussmenge eingestellt, wird daraus resultierend das Abgas innerhalb der Abgasanlage 1 in Richtung der Brennkraftmaschine 3 aufgestaut und der auf die Brennkraftmaschine 3 einwirkende Abgasgegendruck wird signifikant erhöht.
In 4 ist schematisch eine vierte Ausführungsvariante einer Abgasanlage 1''' dargestellt.
In dieser Ausführungsvariante ist in der Abgasanlage 1''' in Strömungsrichtung des Abgases vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 das erste Drosselventil 10 als Teil der Armatur V1 in der Abgasleitung 2.1 angeordnet. Stromabwärts ist in der Abgasleitung 2.1 nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 ein zweites Drosselventil 13 als Teil der zweiten Armatur V2 angeordnet.
Dieses zweite Drosselventil 13 ist ein herkömmliches, steuerbares Drosselventil, welches mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. Dabei kann das zweite Drosselventil 13 alternativ als Schieber, Klappe oder Hahn elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert ausgebildet sein.
Ein erster Abschnitt 14 der Bypassleitung 2.2 zweigt stromabwärts vor dem ersten Drosselventil 10 von der Abgasleitung 2.1 ab und ein zweiter Abschnitt 15 zweigt stromabwärts nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und vor dem zweiten Drosselventil 13 von der Abgasleitung 2.1 ab.
Im Bereich dieser Abzweige ist das erste Bypassventil 12 dem Abschnitt 14 und das zweite Bypassventil 16 dem Abschnitt 15 der Bypassleitung 2.2 zugeordnet und elektrisch mit der Steuereinheit 11 verbunden.
Dieses zweite Bypassventil 16 ist ein herkömmliches Absperr- oder Regelventil, das mit der Steuereinheit 11 verbunden ist. Dabei kann das zweite Bypassventil 16 alternativ als Schieber, Klappe oder Hahn elektrisch, mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch gesteuert ausgebildet sein.
Mittels der Bypassventile 12 und 16 ist die Bypassleitung 2.2 mit mindestens einem Teil des Abgasstromes aus der Brennkraftmaschine 3 von der Steuereinheit 11 gesteuert und/oder geregelt beaufschlagbar.
Die Bypassleitung 2.2 ist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 umgehend angeordnet und mündet stromabwärts nach der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in die Abgasleitung 2.1.
Im Betrieb der Abgasanlage 1''' ist mittels der Drosselventile 10 und 13 die die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 durchströmende Abgasmenge jeweils separat variier- und begrenzbar.
Während des Betriebs der in 4 dargestellten Abgasanlage 1''' können vier Betriebszustände an der Abgasanlage 1''' eingestellt werden.
In einem ersten Betriebszustand der Abgasanlage 1''', auch als Normalbetrieb bezeichnet, sind die Bypassventile 12 und 16 geschlossen und die Drosselventile 10 und 13 vollständig geöffnet. Daraus resultierend durchströmt die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5.
Dieser erste Betriebszustand der Abgasanlage 1''' wird von der Steuereinheit 11 geregelt und/oder gesteuert eingestellt, wenn sich die Brennkraftmaschine 3 in einem Betriebszustand befindet, welcher keine Begrenzung der Wärmeeintrags- oder Wärmeverlustmenge in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 erfordert.
In einem zweiten Betriebszustand der Abgasanlage 1''' ist das erste Bypassventil 12 geschlossen und das erste Drosselventil 10 vollständig geöffnet. Somit durchströmt die gesamte Abgasmenge der Brennkraftmaschine 3 die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4. Das zweite Bypassventil 16 ist zumindest soweit geöffnet und am zweiten Drosselventil 13 ist eine derart verringerte Durchflussmenge eingestellt, dass ein sicherer Betrieb der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 mit einem reduzierten Wärmeeintrag stattfinden kann.
In einem dritten Betriebszustand der Abgasanlage 1''' sind die Bypassventile 12 und 16 geöffnet und die Drosselventile 10 und 13 sind verschlossen oder an den Drosselventilen 10 und 13 ist eine verringerte Durchflussmenge eingestellt. Daraus resultierend durchströmt der gesamte Abgasstrom oder nahezu der gesamte Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 die Bypassleitung 2.2.
In einem vierten Betriebszustand der Abgasanlage 1''' ist das erste Bypassventil 12 geöffnet und das erste Drosselventil 10 geschlossen. Somit durchströmt der gesamte Abgasstrom der Brennkraftmaschine 3 den die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 umgehenden Abschnitt 14 der Bypassleitung 2.2. Das zweite Bypassventil 16 ist geschlossen und das zweite Drosselventil 13 ist vollständig geöffnet und der zweite Abschnitt der Bypassleitung 2.2 gesperrt ist, wodurch die gesamte im Abgas enthaltene Wärmemenge auf die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 einwirken kann.
In einem fünften Betriebszustand der Abgasanlage 1''' werden das erste Bypassventil 12 und das erste Drosselventil 10 verschlossen oder am ersten Drosselventil 10 und am ersten Bypassventil 12 wird eine verringerte Durchflussmenge eingestellt. Daraus resultierend wird das Abgas innerhalb der Abgasanlage 1''' in Richtung der Brennkraftmaschine 3 aufgestaut und der auf die Brennkraftmaschine 3 einwirkende Abgasgegendruck wird signifikant erhöht.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens ist vorteilhafterweise eine optimierte Arbeitsweise von Abgasnachbehandlungsvorrichtung 4 und Wärmerückgewinnungsvorrichtung 5 in einem weiten Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 3 und eine erhöhte Motorbremswirkung der Brennkraftmaschine 3, welche eine herkömmliche Betriebsbremsanlage eines Fahrzeugs vorteilhafterweise unterstützt und entlastet, ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1 bis 1''': Abgasanlage
2.1: Abgasleitung
2.2: Bypassleitung
3: Brennkraftmaschine
4: Abgasnachbehandlungsvorrichtung
5: Wärmerückgewinnungsvorrichtung
6: Energierückgewinnungsvorrichtung
7: Fördereinheit
8: Expansionsvorrichtung
9: Kondensator
10: erstes Drosselventil
11: Steuereinheit
12: erstes Bypassventil
13: zweites Drosselventil
14: erster Abschnitt
15: zweiter Abschnitt
16: zweites Bypassventil
17: erstes Dreiwege-Ventil
18: zweites Dreiwege-Ventil
V1: Armatur
V2: Armatureinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 60206909 A [0004]
JP 2006283711 A [0005]
EP 0434419 B1 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine (3) in einem Fahrzeug mit einer Abgasanlage (1) mit Abgasleitung (2.1), in welcher eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (1) eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) umgehende Bypassleitung (2.2) angeordnet ist, wobei in der Abgasleitung (2.1) in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) eine Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) derart angeordnet ist, dass die Bypassleitung (2.2) mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagbar ist und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (3) die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) in Richtung der Brennkraftmaschine (3) aufstaubar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1, V2) als eine Armatur (V1) ausgebildet ist, die in der Abgasleitung (2.1) in Strömungsrichtung des Abgasstromes vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die Bypassleitung (2.2) mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagbar ist und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (3) die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Armatur (V1) in Richtung der Brennkraftmaschine (3) aufstaubar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Armatur (V1) derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des Abgases unter Umgehung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4), mittels der Armatur (V1) über die Bypassleitung (2.2) umleitbar ist
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) als eine Armatureinrichtung (V2) ausgebildet ist, die derart angeordnet ist, dass zumindest ein Teil des Abgases unter Umgehung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) mittels der Armatureinrichtung (V2) über die Bypassleitung (2.2) umleitbar ist
Verfahren zur Verteilung eines Abgasstroms einer Brennkraftmaschine (3) in einem Fahrzeug mit einer Abgasanlage (1) mit Abgasleitung (2.1), in welcher eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine (3) eine die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) umgehend angeordnete Bypassleitung (2.2) mittels einer Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) mit zumindest einem Teil des Abgases beaufschlagt wird und abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine (3) die Abgase durch eine Verringerung der Durchflussmenge der Dosier-/Verzweigeeinrichtung (V1; V2) in Richtung der Brennkraftmaschine (3) aufgestaut werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand der Abgasanlage (1) ein oder mehrere Bypassventile (12, 16) geschlossen und ein oder mehrere Drosselventile (10, 13) vollständig geöffnet werden, so dass die gesamte Abgasmenge durch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) und/oder die Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebszustand der Abgasanlage (1) ein erstes Bypassventil (12) geschlossen und ein stromabwärts vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) angeordnetes erstes Drosselventil (10) vollständig geöffnet wird, während ein zweites Bypassventil (16) zumindest teilweise geöffnet wird und an einem stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) angeordneten zweiten Drosselventil (13) eine verringerte Durchflussmenge eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebszustand der Abgasanlage (1) ein oder mehrere Bypassventile (12, 16) geöffnet und ein oder mehrere Drosselventile (10, 13) verschlossen werden oder an den Drosselventilen (10, 13) eine verringerte Durchflussmenge eingestellt wird, so dass die gesamte Abgasmenge oder nahezu die gesamte Abgasmenge durch die Bypassleitung (2.2) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebszustand der Abgasanlage (1) das stromabwärts erste Bypassventil (12) geöffnet und das stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (4) angeordnete erste Drosselventil (10) geschlossen wird, während das zweite Bypassventil (16) und das stromabwärts vor der Wärmerückgewinnungsvorrichtung (5) und nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (4) angeordnete zweite Drosselventil (13) vollständig geöffnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Betriebszustand der Abgasanlage (1) an ein oder mehreren Bypassventilen (12, 16) und an den ein oder mehreren Drosselventilen (10, 13) jeweils eine verringerte Durchflussmenge, insbesondere bis zum völligen Schießen der Ventile (12, 16, 10, 13), eingestellt wird, wodurch ein Abgasgegendruck erhöht wird.