-
Stand der Technik
-
DE 103 55 664 A1 bezieht sich auf das Wärmemanagement eines integrierten Emissionsreduktionssystems. Mittels des vorgeschlagenen Systems sollen Schwebstoffe und NO
x aus den Abgasströmen von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, entfernt werden. Das hier vorgeschlagene integrierte Emissionsreduktionssystem umfasst einen Dieselpartikelfilter, ferner eine Wärmequelle zum Einstellen der Temperatur des in den Dieselpartikelfilter eintretenden Abgasstromes. Weiterhin umfasst das System mindestens einen katalytischen NO
x-Absorber, einen Wärmetauscher zum Einstellen der Temperatur des in den NO
x-Absorber eintretenden Abgasstromes sowie eine Rechenvorrichtung zum Überwachen der Temperatur des in den Dieselpartikelfilter und den No
x-Absorber eintretenden Abgasstromes. Weiterhin wird über die Rechenvorrichtung die Funktionsweise des Wärmetauschers und der Wärmequellen gesteuert, wodurch sich der Wirkungsgrad des Dieselpartikelfilters und des NO
x-Absorbers steigern lässt.
-
Es sind Abgasnachbehandlungsanlagen bekannt, bei denen sich der SCR-Katalysator (SCR = Selective Catalytische Reduction) hinter dem Partikelfilter befindet. Mit den sich immer weiter verschärfenden Abgasgesetzgebungen geht eine Steigerung an die Anforderungen des SCR-Katalysators einher, d.h. eine Steigerung des SCR-Wirkungsgrades ist dringend erforderlich. Dies kann durch eine schnellere Aufheizstrategie des SCR-Katalysators erreicht werden, was jedoch mit dem Einsatz von Kraftstoff einhergeht und somit die CO2-Emissionen steigert.
-
Abgasnachbehandlungsanlagen neuester Generationen setzen einen Partikelfilter ein, der mit einer SCR-Beschichtung versehen ist. Durch den Umstand, dass die SCR-Funktionalität nunmehr in den Filter integriert ist und dieser schneller aufgeheizt wird als ein normaler SCR-Katalysator, der hinter dem Partikelfilter angeordnet ist, besteht die Möglichkeit einer potentiellen Wirkungsgradsteigerung. Jedoch ist bei derartigen Ausführungen die Menge an Beschichtung beschränkt. Diese Anordnung weist ferner einige Nachteile des NO2-Managements auf, hinsichtlich der SCR-Reaktion. Weitere Nachteile liegen beispielsweise darin, dass während der Dieselpartikelfilterregeneration kein NOx-Umsatz geleistet werden kann. Ein während der Regenerationsphase des Dieselpartikelfilters auftretender Kohlewasserstoff-Schlupf kann zu einer Vergiftung der SCR-Beschichtung führen, auch ist der Einfluss von Ruß und Asche auf die SCR-Reaktion nicht bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Aufheizung eines SCR-Katalysators im Abgasnachbehandlungssystem einer Verbrennungskraftmaschine eine Aufheizvorrichtung einzusetzen, die zur effizienten Übertragung von Wärme dient. Eine derartige Aufheizvorrichtung ist auch unter der Bezeichnung Wärmerohr oder "Heatpipe" bekannt, wobei der Effekt auf einem Verdampfen und auf einem Kondensieren des Arbeitsmediums beziehungsweise eines Kältemittels erfolgt. Über die Verdampfungsenthalpie des Arbeitsmediums wird beim Verdampfen Wärme aufgenommen und beim Kondensationsvorgang des Arbeitsmediums Wärme abgegeben. Das anfallende Kondensat wird über Kapillarwirkung, so zum Beispiel über ein Drahtgeflecht, zum Verdampfer zurück transportiert.
-
Bevorzugt umfasst die Aufheizvorrichtung in Gestalt eines Wärmerohres zwei Wärmetauscher, die jeweils am Ende des Wärmerohres angeordnet sind. Einer der Wärmetauscher stellt den Verdampfer dar und ist auf der heißen Seite angeordnet, während der andere der beiden Wärmetauscher an der kalten Seite angeordnet ist, nämlich dort, wo das Arbeitsmedium kondensiert. Durch den Einsatz der Aufheizvorrichtung als Wärmerohr wird die Wärme vom hohen Temperaturniveau zum niedrigeren Temperaturniveau übertragen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufheizvorrichtung in Gestalt eines Wärmerohres kann beispielsweise in einer ersten Ausführungsvariante hinter einer Aufladeeinrichtung, beispielsweise eines Turboladers, angeordnet werden, was in vorteilhafter Weise keine Änderung an der Verbrennungskraftmaschine, beziehungsweise an deren Ansaugsystem erforderlich macht. In einer weitergehenden Ausführungsvariante besteht die Möglichkeit, den Wärmetauscher, der auf der Eintrittsseite der Aufheizvorrichtung in Gestalt eines Wärmerohres vorgesehen ist, direkt an der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine anzuordnen, beispielsweise vor dem Abzweig einer Abgasrückführung. Diese Anordnung ist äußerst effektiv, da an dieser Einbauposition von einem hohen Temperaturniveau auszugehen ist, welches durch Anwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung an der Aufheizeinrichtung an der Eintrittsseite vorliegt. Es besteht allgemein gesagt die Möglichkeit, den ersten, auf der Eintrittsseite der Aufheizvorrichtung als Wärmerohr liegenden Wärmetauscher an jedes beliebige Bauteil an der Verbrennungskraftmaschine oder in deren Nähe anzuordnen, welches ein Temperaturniveau von 200°C und größer überschreitet. So kann der Wärmetauscher auf der Eintrittsseite der Aufheizeinrichtung als Wärmerohr auch in der Abgasrückführungsschleife vor dem Abgasrückführungs-Kühler angeordnet sein.
-
Austrittsseitig der Aufheizvorrichtung kann der zweite Wärmetauscher unmittelbar vor dem SCR-Katalysator angeordnet werden. In vorteilhafter Weise ist der zweite Wärmetauscher als Gasmischer ausgeführt. Dies bietet die Möglichkeit, diesen Wärmetauscher mit einer hohen Übertragungsfläche zum Abgas hin auszulegen und entsprechend kurz bauend auszuführen. Des Weiteren bietet die Ausführungsmöglichkeit als Gasmischer eine Einsatzmöglichkeit als Verdunster für den Betriebs-Hilfsstoff in Gestalt einer Harnstoff-Wasserlösung (HWL) oder eines anderen eingesetzten Reduktionsmittels, so dass dieses bereits in aufbereiteter Form eingangsseitig am SCR-Katalysator vorliegt.
-
Die Funktionsweise der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufheizeinrichtung als Wärmerohr stellt sich folgendermaßen dar: Beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine befindet sich die gesamte Abgasanlage auf einem sehr geringen Temperaturniveau, welches den jeweils herrschenden Außentemperaturen entspricht. Erst mit zunehmender Betriebszeit erwärmt sich die Verbrennungskraftmaschine und infolgedessen der Abgastrakt. Der Erwärmungsvorgang kann durch eine aktive Heizmaßnahme wie beispielsweise das nachträgliche Einspritzen von Kraftstoff beschleunigt werden. Aufgrund der Positionierung der Bauteile innerhalb des Abgastraktes der Verbrennungskraftmaschine wird zunächst der Diesel-Oxidationskatalysator erwärmt, anschließend der Dieselpartikelfilter und erst, wenn dieser eine gewisse Temperatur erreicht hat, steigt auch die Temperatur im SCR-Katalysator an. Da jedoch der Dieselpartikelfilter eine relativ große Masse aufweist, dauert es eine erhebliche Zeitspanne, bis der SCR-Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat, was bei Kaltstartzyklen von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen ein nicht unerhebliches Problem darstellt.
-
Um die Aufheizphase des SCR-Katalysators zu beschleunigen und somit die NOx-Konvertierung in der Kaltphase zu verbessern, wird eine Aufheizeinrichtung, ausgeführt als Wärmerohr eingesetzt. Durch diese wird die Wärme, die an der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung steht, in einer Bypassleitung direkt zum SCR-Katalysator übertragen. Auf diese Weise wird der eine relativ große Masse aufweisende Dieselpartikelfilter umgangen und das Aufheizverhalten des SCR-Katalysators erheblich beschleunigt, insbesondere dann, wenn auf der Austrittsseite der Aufheizeinrichtung der zweite Wärmetauscher unmittelbar vor dem Eintritt in den SCR-Katalysator liegt. In vorteilhafter Weise kann die als Wärmerohr gestaltete Aufheizvorrichtung mit einem gesteuerten Ventil versehen werden, mit dem der Wärmefluss gegebenenfalls unterbrochen werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass erst dann Wärme dem System entnommen wird, wenn der Diesel-Oxidationskatalysator seine Light-off Temperatur erreicht hat. Unter Light-off Temperatur ist diejenige Temperatur des Diesel-Oxidationskatalysators zu nennen, bei der dieser eine Umsatzrate von mindestens 50% erreicht hat, d.h. der Betriebsstand des Diesel-Oxidationskatalysators als "aktiv" angesehen werden kann.
-
Das schnelle Erreichen der Light-off Temperatur am Diesel-Oxidationskatalysator ist für die Einhaltung der HC- und CO-Grenzwerte im Abgas der selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine entscheidend.
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung einer Aufheizvorrichtung für einen SCR-Katalysator als Wärmerohr auszugestalten, bewirkt ein frühes Erreichen der Light-off Temperatur und dadurch eine NOx-Umsatzsteigerung. Die vorgeschlagene Aufheizvorrichtung ist CO2-neutral und bewirkt somit keinen Mehrverbrauch von Kraftstoff im Gegensatz zu zusätzlichen klassischerweise eingesetzten Aufheizmaßnahmen.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung liegt darin, dass in den üblicherweise eingesetzten Anordnungen der SCR-Katalysator nach wie vor hinter dem die relativ große Masse aufweisenden Dieselpartikelfilter verbleiben kann, mit dem Vorteil eines guten NO2-Managements. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße vorgeschlagene Lösung eine Vergiftung des SCR-Katalysators durch Kohlenwasserstoff(HC)-Verbindungen ausgeschlossen werden. Des Weiteren ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der Ausgestaltung einer Aufheizeinrichtung für den SCR-Katalysator relativ kostengünstig darstellbar.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
-
Es zeigt:
-
1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung mit einer Aufheizeinrichtung, deren Wärmetauscher auf der Eintrittsseite unmittelbar vor einem Diesel-Oxidationskatalysator angeordnet ist und
-
2 eine Aufheizeinrichtung ausgestaltet als Heatpipe, deren Wärmetauscher auf der Eintrittsseite unmittelbar der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet ist,
-
3 eine Aufheizvorrichtung mit einem als Verdampfer wirkenden Wärmetauscher auf der Eintrittsseite und einer als Kondensator wirkenden Wärmetauscheinrichtung auf der Austrittsseite und
-
4 eine schematische Darstellung des austrittsseitigen Wärmetauschers der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufheizvorrichtung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Der Darstellung gemäß 1 ist eine erste stark vereinfachte Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung zu entnehmen.
-
1 zeigt einen Abgastrakt 10 einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich insbesondere um eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einen Dieselmotor, handelt. Der Abgastrakt 10 umfasst einen Diesel-Oxidations Katalysator 12, dem ein Partikelfilter 14 nachgeschaltet ist. Wie in 1 dargestellt, bilden der Diesel-Oxidations Katalysator 12 und der Dieselpartikelfilter 14 eine Baueinheit. Stromab des Dieselpartikelfilters 14 befindet sich eine Reduktionsmittelzufuhr 16 für einen Betriebs-/Hilfsstoff wie beispielsweise eine Harnstoff-Wasserlösung (HWL).
-
Der Abgastrakt 10 enthält des Weiteren einen eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 sowie einen austrittsseitigen Wärmetauscher 26, die jeweils am Eintritt beziehungsweise am Auslass eines Wärmerohres 24 liegen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufheizvorrichtung 24 ist insbesondere als Wärmerohr ausgebildet, welches ein steuerbares Ventil 22 enthält, das unmittelbar hinter dem eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24 positioniert ist. Der austrittsseitige Wärmetauscher 26 des Wärmerohres 24 liegt bevorzugt hinter der Reduktionsmittelzufuhr 16, an der das Reduktionsmittel in den Abgastrakt 10 eingegeben wird und vor dem Eintritt eines SCR-Katalysators 18. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Wärmerohr 24, welches sich als Bypassleitung insbesondere zum Partikelfilter 14 erstreckt, können signifikante Vorteile hinsichtlich der Aufheizung des SCR-Katalysators 18 erzielt werden. Der Effekt des Wärmerohres 24 beruht auf einem Verdampfen und Kondensieren des Arbeitsmediums, in diesem Falle des auf der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine austretenden heißen Abgases. Auf diese Weise wird über die Verdampfungsenthalpie des Arbeitsmediums Wärme durch Verdampfen aufgenommen und durch Kondensieren abgegeben. Das Kondensat wird mittels Kapillarwirkung beispielsweise über ein Drahtgeflecht zum Verdampfer zurück transportiert. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 stellt der eintrittsseitige Wärmetauscher 20 den Verdampfer dar und ist demzufolge an der heißen Seite, d.h. auf der Austrittsseite der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Der austrittsseitige Wärmetauscher 26 ist an der "kalten" Seite des Wärmerohres angeordnet; dort wird das Arbeitsmedium kondensiert. Durch das Wärmerohr 24 wird die Wärme vom hohen Temperaturniveau, d.h. vom eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 zum niedrigen Temperaturniveau, d.h. im vorliegenden Falle zum austrittsseitigen Wärmetauscher 26 übertragen.
-
Wie in der Darstellung gemäß 1 dargestellt, ist der eintrittsseitige Wärmetauscher 20 vor dem Diesel-Oxidations-Katalysator 12 angeordnet. Bei dieser Ausführungsvariante sind keine Modifikationen an der Luftversorgung der Verbrennungskraftmaschine erforderlich. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufheizeinrichtung 24 ist über die beiden Wärmetauscher 20, 26 mit dem Abgasrohr gekoppelt und überträgt die Wärme des Abgases an der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar vor dem Eintritt des SCR-Katalysators 18. Die Aufheizung des SCR-Katalysators 18 durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht besonders bei Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine, unter Umgehung des thermisch äußerst trägen Dieselpartikelfilters 14 eine schnelle Aufheizung des SCR-Katalysators 18 und damit dessen unmittelbaren Einsatz zur NOx-Konvertierung sogar in der Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung der Aufheizeinrichtung 24 in Gestalt eines Wärmerohres kann die auf der Auslassseite der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung stehende Wärme unmittelbar an den SCR-Katalysator 18 übertragen werden und ermöglicht dessen schnelleres Aufheizen. Der eine große Masse aufweisende thermisch sehr träge Dieselpartikelfilter 14 wird umgangen. Durch das steuerbare Ventil 22 im Wärmerohr 24 kann erreicht werden, dass der Wärmefluss unterbrochen werden kann. Durch das steuerbare Ventil 22 kann sichergestellt werden, dass erst dann Wärme entnommen wird, wenn der Diesel-Oxidations Katalysator 12 seine "Light-Off Temperatur" erreicht hat.
-
2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung. Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass an einem Einlass 30 durch eine Verbrennungskraftmaschine 40 Luft angesaugt wird, die innerhalb eines Verdichterteiles 34 einer Aufladeeinrichtung 32, beispielsweise eines Abgasturboladers, verdichtet und gegebenenfalls mittels eines Ladeluftkühlers zur Füllungsverbesserung nochmals abgekühlt werden kann, bevor sie einlassseitig der Verbrennungskraftmaschine 40 zuströmt. An einer Auslassseite 45 der Verbrennungskraftmaschine befindet sich der in 1 bereits erwähnte eintrittsseitige Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24. Hinter dem eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 42 zu einem Abgaskühler 44 ab. Über die Abgasrückführung kann ein Teil des Abgases der Ansaugluft für die Verbrennungskraftmaschine 40 wieder zugemischt werden. In der Abgasrückführung 42 ist der Abgaskühler 44 vorgesehen.
-
Stromab des eintrittsseitigen Wärmetauschers 20 des Wärmerohres 24 befindet sich ein Turbinenteil 38 der Aufladeeinrichtung 32, welches über eine Welle 36 den bereits erwähnten Verdichter 34 der Aufladeeinrichtung 32 durch das expandierende Abgas antreibt. Stromab des Verdichterteiles 38 der Aufladeeinrichtung 32 befindet sich im Abgastrakt der in 1 bereits erwähnte Diesel-Oxidations Katalysator, dem die Reduktionsmittelzufuhr 16 nachgeschaltet ist. Dieser wiederum ist der austrittsseitige Wärmetauscher 26 des Wärmerohres 24 nachgeschaltet. Der austrittsseitige Wärmetauscher 26 der Wärmerohres 24 befindet sich vor dem Eintritt des SCR-Katalysators 18, dessen Auslassseite mit Bezugszeichen 46 bezeichnet ist.
-
In der in 2 dargestellten Ausführungsvariante befindet sich der eintrittsseitige Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24 direkt an der Auslassseite 45 der Verbrennungskraftmaschine 40. In vorteilhafter Weise ist dieser eintrittsseitige Wärmetauscher 20 vor der Hochdruckabgasrückführungsabzweigung 42 angeordnet. Diese Anordnung ist hinsichtlich des hohen Temperaturniveaus für den eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24 sehr effektiv, da an dieser Position ein sehr hohes Temperaturniveau vorliegt. Es besteht jedoch in Abwandlung zu 2 – die Möglichkeit, den eintrittsseitigen Wärmetauscher 20 des Wärmerohres 24 an jedweder Stelle am Motor 40 anzuordnen oder in Motornähe anzuordnen, wo ein Temperaturniveau von ≥ 200°C herrscht. Der eintrittsseitige Wärmetauscher 20 könnte beispielsweise auch der Abgasrückführung 42 vor dem Abgaskühler 44 angeordnet sein.
-
Der austrittsseitige Wärmetauscher 26 des Wärmerohres ist vor dem Eintrittsquerschnitt des SCR-Katalysators 18 angeordnet und in vorteilhafter Weise als Gasmischer ausgebildet. Auf diese Weise kann am austrittsseitigen Wärmetauscher 26 eine sehr hohe Übertragungsfläche zum Abgas geschaffen werden und der austrittsseitige Wärmetauscher 26 des Wärmerohres 24 sehr kurz bauend ausgelegt werden. Weiterhin fungiert der austrittsseitige Wärmetauscher 26 als Verdunstungseinheit für die stromauf zu diesem über die Reduktionsmittelzufuhr 16 in den Abgastrakt 10 eingebrachte Harnstoffwasserlösung, d.h. das Reduktionsmittel. Verdunstet dieses im austrittsseitigen Wärmetauscher 26 des Wärmerohres 24, kann das Reduktionsmittel in aufbereiteter Form in den SCR-Katalysator 18 eingegeben werden. Da in den meisten Fällen ohnehin ein Gasmischer vor dem SCR-Katalysator 18 angeordnet ist, kommt es durch den austrittsseitigen Wärmetauscher 26 des Wärmerohres 24 zu keiner zusätzlichen Erhöhung des Gegendrucks.
-
Aus der Darstellung gemäß 3 geht ein Schnitt durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufheizvorrichtung – ausgeführt als Heatpipe – hervor.
-
Wie 3 zu entnehmen ist, wird die Abgasleitung zum Diesel-Oxidationskatalysator 12 vom dem als Verdampfer dienenden ersten Wärmetauscher 20 umschlossen. In diesem verdampft ein Arbeitsmedium aufgrund des Wärmeüberganges vom Abgas an das Arbeitsmedium. Das dampfförmige Arbeitsmedium 48 durchströmt ein Innenrohr 29 der als Heatpipe beschaffenen Aufheizvorrichtung 24 in Richtung des als Kondensator dienenden zweiten Wärmetauschers 26. Das dampfförmige Arbeitsmedium 48 tritt in die als Doppelmantel ausgeführte Abgasleitung ein. Über Kondensatorröhren 57, die innerhalb des Strömungsquerschnittes 58 verlaufen, gibt das dampfförmige Arbeitsmedium 48 dann Wärme ab; der in den SCR-Katalysator 18 (vgl. Darstellung gemäß 1) eintretende Abgasstrom erwärmt sich, so dass der SCR-Katalysator 18 von einem ein erhöhtes Temperaturniveau aufweisenden Abgasstrom durchströmt wird. Mit Bezugszeichen 56 sind Leitschaufeln oder Leitbleche bezeichnet, die innerhalb des Strömungsquerschnittes 58 der Abgasleitung angeordnet sind, um eine bessere Verwirbelung des strömenden Mediums des im Strömungsquerschnitt 58 strömenden Mediums zu erreichen, was die Wärmeübertragung begünstigt.
-
Das durch die Abkühlung im als Kondensator dienenden zweite Wärmetauscher 26 kondensierte Arbeitsmedium 50 strömt im Außenrohr 28 der Aufheizvorrichtung 24 als flüssiges Arbeitsmedium 50, als Kondensat, dem ersten Wärmetauscher 20 zu, der als Verdampfer wirkt, wo es erneut zu einer Verdampfung des Arbeitsmediums aufgrund der dem Abgas innewohnenden Wärme kommt. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der zweite Wärmetauscher 26 ein Trennelement 52 aufweist, welcher den Bereich, in dem das Arbeitsmedium in dampfförmig vorliegt, von dem Bereich trennt, in dem das Arbeitsmedium den flüssigen Zustand annimmt.
-
Der Darstellung gemäß 3 kann desweiteren entnommen werden, dass das Arbeitsmedium in seinem flüssigen Zustand 50 über das Außenrohr 28 der als Heatpipe beschaffenen Aufheizvorrichtung 24 zum ersten Wärmetauscher 20, der als Verdampfer dient, zurückströmt und sich der vorstehend geschilderte Zyklus erneut vollzieht. Mithin wird durch die in 3 dargestellte Anordnung der Aufheizvorrichtung 24 über das Arbeitsmedium Wärme vom Abgasstrom unter Umgehung des Diesel-Oxidationskatalysators 12 direkt eingangsseitig vor den SCR-Katalysator 18 (vergl. Darstellung gemäß der 1 und 2) transportiert und eingekoppelt, so dass dessen Aufheizphase drastisch reduziert werden kann.
-
4 ist der Strömungsquerschnitt der Abgasleitung mit einem darin aufgenommenen Drahtgeflecht zu entnehmen.
-
Durch Bezugszeichen 29 ist in der Darstellung gemäß 4 angedeutet, dass Arbeitsmedium in dampfförmigem Zustand 48 in die rechte Hälfte der als Doppelmantel ausgeführten Abgasleitung eintritt. Dieser Bereich der als Doppelmantel ausgebildeten Abgasleitung ist durch ein Trennelement 52 von einem Bereich getrennt, in dem das Arbeitsmedium als Kondensat, d.h. in flüssiger Form vorliegt. Der erstgenannte linke Abschnitt der als Doppelmantel ausgebildeten Abgasleitung steht mit dem das Arbeitsmedium im dampfförmigen Zustand führenden Innenrohr 29 in Verbindung, während der in 4 im rechten Teil liegende Bereich der doppelmantelig ausgebildeten Abgasleitung 10 liegende Bereich mit dem Außenrohr 28 der als Heatpipe ausgebildeten Aufheizvorrichtung 24 in Verbindung steht. Über die quer laufenden Rohre 57 strömt das Arbeitsmedium aus dem Innenrohr 29 in Richtung des Außenrohrs 28. Im Strömungsquerschnitt 58 der als Doppelmantel ausgebildeten Abgasleitung befinden sich Kondensatorröhren 57, über welche die aus dem Arbeitsmedium in Dampfform 48 ausgekoppelte Wärme in den Abgasstrom wieder eingekoppelt wird, der eintrittsseitig in den SCR-Katalysator 18 eintritt, so dass dessen Aufheizphase drastisch verkürzt werden kann. Im Strömungsquerschnitt 58 befinden sich Leitbleche 56, die als Leitschaufeln dienen, durch welche eine Verwirbelung der Abgasströmung begünstigt wird, so dass sich ein besserer Wärmeübergang einstellt.
-
Dies wird durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufheizvorrichtung 24 erreicht, mit deren Hilfe der eine relativ große Masse aufweisende Diesel-Oxidationskatalysator 12 und gegebenenfalls ein Dieselpartikelfilter 14 umgangen werden kann, so dass die im Abgas bei Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Wärme direkt unter Umgehung der thermisch trägen Komponenten 12 und 14 in den SCR-Katalysator 18 einkoppelbar ist.
-
Die Funktionsweise der anhand der 1 bis 4 dargestellten Aufheizeinrichtung erlaubt es, im Kaltstart bei kalter Verbrennungskraftmaschine 40 die Abgasanlage beziehungsweise deren Komponenten gezielt zu beheizen. Im Kaltstartfall befindet sich der Abgastrakt 10 auf einem sehr geringen Temperaturniveau. Erst mit der Zeit erwärmt sich die Verbrennungskraftmaschine langsam und darauf folgend der Abgastrakt 10. Aufgrund der vorliegenden Anordnung wird im Abgastrakt 10 zunächst der Diesel-Oxidations Katalysator 12 erwärmt, anschließend der Dieselpartikelfilter 14. Erst wenn dieser ein gewisses Temperaturniveau erreicht hat, steigt auch die Temperatur im SCR-Katalysator 18, allerdings stark zeitverzögert, an. Da der Dieselpartikelfilter 14 eine sehr große Masse hat, dauert es eine erhebliche Zeitspanne bis der SCR-Katalysator 18 seine optimale Betriebstemperatur erreicht hat. Um diesen Aufheizvorgang des SCR-Katalysators 18 zu beschleunigen und auch eine NOx-Konvertierung in der Kaltstartphase der Verbrennungskraftmaschine 40 zu gewährleisten, wird Wärme an der Auslassseite 45 der Verbrennungskraftmaschine 40 ausgekoppelt und durch das Wärmerohr 24 mittels des austrittsseitigen Wärmetauschers 26 unmittelbar vor der Eintrittsseite des SCR-Katalysators 18 wieder in den Abgastrakt eingekoppelt. Somit wird der thermisch äußerst träge Dieselpartikelfilter 14 nach Art einer Bypassleitung umgangen. Durch das steuerbare Ventil 22 kann der Wärmefluss unterbrochen werden, wodurch sicher gestellt werden kann, dass erst Wärme entnommen wird, wenn der Diesel-Oxidations Katalysator 12 seine "Light-Off Temperatur" erreicht hat. Das schnelle Erreichen dieser Light-Off-Temperatur am Diesel-Oxidations Katalysator ist für die Einhaltung der Kohlenwasserstoff- und CO-Grenzwerte entscheidend.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
