DE102015200688B4 - Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor (11), einer wenigstens einen Katalysator (16) aufweisenden Abgasnachbehandlungsanordnung (15) und einem Abgaswärmerückgewinnungssystem (17), wobei das Abgaswärmerückgewinnungssystem (17) bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung (15) angeordnet und an einen Auspuffkrümmer des Motors (11) über ein Ventil (18) angeschlossen ist,
wobei die Motoranordnung ferner einen Turbolader (12) mit einem Verdichter (12a) und einer Turbine (12b) aufweist, und
wobei die Motoranordnung eine erste, zu der Turbine (12b) des Turboladers (12) führende Abgasleitung (19a) und eine zweite, über das Abgaswärmerückgewinnungssystem (17) führende Abgasleitung (19b) aufweist, wobei die erste Abgasleitung (19a) und die zweite Abgasleitung (19b) über das Ventil (18) an den Motor (11) selektiv koppelbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug.
  • Im Betrieb eines Kraftfahrzeuges kann ein signifikanter Anteil der Abgasenthalpie zur Steigerung des gesamten Wirkungsgrades eines Verbrennungsmotors genutzt werden, indem Abgaswärmerückgewinnungs-Systeme eingesetzt werden. Gegenwärtig entwickelte Systeme dienen hierbei zur Erzeugung elektrischer Energie (über einen thermoelektrischen Generator, TEG), mechanischer Energie (über einen Clausius-Rankine-Prozess) oder thermischer Energie (unter Verbesserung der Ölaufwärmung mittels eines Wärmetauschers oder unter Reduzierung der Ansauglufttemperatur mittels eines Ammoniak/Wasser-Diffusions-Absorptions-Kühlers).
  • 2 zeigt einen typischen Aufbau einer herkömmlichen Motoranordnung. Gemäß 2 bezieht ein Motor 21, d. h. eine Brennkraftmaschine, Frischluft von einem Luftfilter 23, welche von einem Verdichter 22a eines Turboladers 22 vorverdichtet wird. Die Abgase des Motors 21 durchströmen in einer Abgasleitung 24 stromabwärts einer Turbine 22b des Turboladers 22 bzw. stromabwärts eines parallel zur Turbine 22b in einer Bypassleitung angeordneten Bypassventils 28 nacheinander einen Katalysator 26, ein Flexrohr (= „Flex-Pipe“) 26a und ein Abgaswärmerückgewinnungssystem 27.
  • Wie in 3 anhand eines weiteren möglichen Aufbaus einer herkömmlichen Motoranordnung dargestellt ist (wobei zu 2 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „10“ erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind), kann auch zum Zweck der Vermeidung eines Wärmetransfers in bestimmten Betriebsphasen eine zusätzliche, über ein Bypassventil 40a zuschaltbare Bypassleitung 40 zur Umgehung des Abgaswärmerückgewinnungssystems 37 vorgesehen sein.
  • In der Praxis im Betrieb solcher Motoranordnungen auftretende Probleme sind jedoch zum einen, dass die Integration des Abgaswärmerückgewinnungssystems unter dessen Anordnung stromabwärts des Flexrohres bzw. unterhalb des Fahrzeugbodens zu unerwünscht langen Strömungswegen (für Kühlmittel, Öl sowie Luft) führt, wobei sich zudem die elektrischen Kontakte zwischen dem Abgaswärmerückgewinnungssystem und dem Motor in Bereichen befinden, in denen sie vergleichsweise hohen Temperaturen sowie Vibrationen ausgesetzt sind.
  • Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 10 2009 043 387 A1 , US 2010/ 0 083 919 A1 sowie US 8 707 914 B2 verwiesen.
  • Aus der DE 10 2011 004 243 A1 ist eine Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit Turbolader und nachgeschalteter Abgasnachbehandlungsanordnung bekannt, bei der der Abgaskrümmer am Motor mit einem thermoelektrischen Wandler als Abgaswärmerückgewinnungssystem versehen ist, so dass das Abgaswärmerückgewinnungssystem in Strömungsrichtung vor dem Turbolader lokalisiert ist. Ventileinrichtungen zur selektiven Realisierung unterschiedlicher Abgaswege sind in diesem Dokument nicht beschrieben.
  • Aus der DE 10 2004 044 172 A1 ist eine Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Turbolader bekannt, bei der ebenfalls vor einem Turbolader eine zusätzliche Kühleinrichtung in einem Teilbereich des Abgaskrümmers vorgesehen ist. Der Turbolader kann über ein Wastegate-Leitung selektiv überbrückt werden.
  • Aus der FR 2 905 978 A1 ist eine Ventilanordnung zur selektiven Umgehung eines Abgaswärmerückgewinnungssystems bekannt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motoranordnung bereitzustellen, welche in einem kompakten Aufbau eine Vermeidung oder Milderung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Motoranordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor, einer wenigstens einen Katalysator aufweisenden Abgasnachbehandlungsanordnung und einem Abgaswärmerückgewinnungssystem ist das Abgaswärmerückgewinnungssystem bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung angeordnet und über ein Ventil an einen Auspuffkrümmer des Motors angeschlossen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, ein Abgaswärmerückgewinnungssystem in motornaher Bauweise in unmittelbarer Nähe zum Motor bzw. den Brennkammern sowie gegebenenfalls zum Turbolader zu integrieren, wodurch ein kompakter Aufbau ohne Erfordernis zusätzlicher Schläuche oder Ventile geschaffen wird. Des Weiteren wird eine Anordnung der elektrischen Kontakte des Abgaswärmerückgewinnungssystems in vibrationsintensiven Bereichen vermieden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass keine Komponenten bzw. Kontakte des Abgaswärmerückgewinnungssystems mehr hinter dem „Flex-Pipe“ in der Nähe von heißen und vibrationsstarken Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems angeordnet sein müssen.
  • Die Erfindung geht grundsätzlich von der Erkenntnis aus, dass ein signifikanter Anteil der Abgasenthalpie nicht durch den Turbolader genutzt wird und somit für die erfindungsgemäße Abgaswärmerückgewinnung verwendet werden kann, wobei dieser Anteil je nach Betriebspunkt etwa im Bereich von (40-70) % liegen kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Motoranordnung ferner einen Turbolader mit einem Verdichter und einer Turbine auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Motoranordnung eine erste, zu der Turbine des Turboladers führende Abgasleitung und eine zweite, über das Abgaswärmerückgewinnungssystem führende Abgasleitung auf, wobei die erste Abgasleitung und die zweite Abgasleitung über ein Ventil an den Motor selektiv koppelbar sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Motoranordnung ferner eine dritte Abgasleitung auf, welche für den Abgasstrom eine Umgehung der Turbine des Turboladers und des Abgaswärmerückgewinnungssystems ermöglicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die dritte Abgasleitung ebenfalls über das Ventil an den Motor selektiv koppelbar.
  • Das Ventil kann in Ausführungsformen der Erfindung ein 3-Wege-Ventil sein. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch auch auf die dritte Abgasleitung bzw. eine Ausgestaltung des Ventils als vergleichsweise komplexes 3-Wegeventil (welches zu unerwünschten Abgasdruckverlusten und/oder Wärmeabgaben führen kann) verzichtet werden.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des möglichen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Motoranordnung; und
    • 2-3 schematische Darstellungen zur Erläuterung beispielhafter herkömmlicher Motoranordnungen.
  • Im Weiteren wird der Aufbau einer Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 näher beschrieben.
  • Gemäß 1 bezieht ein Motor 11 im Motorraum 10 Frischluft von einem Luftfilter 13, welche von einem Verdichter 12a eines Turboladers 12 vorverdichtet wird. Die Abgase des Motors 11 durchströmen in der Abgasleitung 14 stromabwärts einer Turbine 12b des Turboladers 12 eine Abgasnachbehandlungsanordnung 15, welche aufeinanderfolgend einen Katalysator 16, ein Flexrohr 16a sowie einen Endschalldämpfer 16b aufweist.
  • Gemäß 1 ist ferner ein Abgaswärmerückgewinnungssystem 17 vorgesehen, welches in motornaher Bauweise in unmittelbarer Nähe zum Motor 11 bzw. zum Turbolader 12, und insbesondere bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärts des Katalysators 16, angeordnet ist. Das Abgaswärmerückgewinnungssystem 17 ist gemäß 1 über ein Ventil an den Motor 11 angeschlossen.
  • Das Abgaswärmerückgewinnungssystem 17 befindet sich somit gemäß 1 bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärts der den Katalysator 16 umfassenden Abgasnachbehandlungsanordnung 15. Demzufolge sind keine Komponenten bzw. Kontakte des Abgaswärmerückgewinnungssystems 17 mehr hinter dem Flexrohr 16a bzw. in der Nähe von heißen und vibrationsstarken Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 15 angeordnet.
  • Von dem Motor 11 führt gemäß 1 eine erste Abgasleitung 19a zur Turbine 12b des Turboladers 12, eine zweite Abgasleitung 19b führt über das Abgaswärmerückgewinnungssystem 17 und eine optionale dritte Abgasleitung 19c führt (als Bypassleitung) unter Umgehung sowohl der Turbine 12b als auch des Abgaswärmerückgewinnungssystems 17 direkt zu der stromabwärts der Turbine 12b verlaufenden Abgasleitung 14, wobei die Abgasleitungen 19a, 19b und 19c über ein als 3-Wege-Ventil ausgestaltetes Ventil 18 an den Motor 11 selektiv koppelbar sind.
  • In weiteren Ausführungsformen kann auf die optionale Abgasleitung 19c bzw. Bypassleitung auch verzichtet werden, um die Ausgestaltung des Ventils 18 als vergleichsweise komplexes 3-Wegeventil, welches zu unerwünschten Abgasdruckverlusten und/oder Wärmeabgaben führen kann, zu vermeiden.

Claims (3)

  1. Motoranordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Motor (11), einer wenigstens einen Katalysator (16) aufweisenden Abgasnachbehandlungsanordnung (15) und einem Abgaswärmerückgewinnungssystem (17), wobei das Abgaswärmerückgewinnungssystem (17) bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanordnung (15) angeordnet und an einen Auspuffkrümmer des Motors (11) über ein Ventil (18) angeschlossen ist, wobei die Motoranordnung ferner einen Turbolader (12) mit einem Verdichter (12a) und einer Turbine (12b) aufweist, und wobei die Motoranordnung eine erste, zu der Turbine (12b) des Turboladers (12) führende Abgasleitung (19a) und eine zweite, über das Abgaswärmerückgewinnungssystem (17) führende Abgasleitung (19b) aufweist, wobei die erste Abgasleitung (19a) und die zweite Abgasleitung (19b) über das Ventil (18) an den Motor (11) selektiv koppelbar sind.
  2. Motoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner eine dritte Abgasleitung (19c) aufweist, welche für den Abgasstrom eine Umgehung der Turbine (12b) des Turboladers (12) und des Abgaswärmerückgewinnungssystems (17) ermöglicht.
  3. Motoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Abgasleitung (19c) ebenfalls über das Ventil (18) an den Motor (11) selektiv koppelbar ist.
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