DE102017221623A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein PHEV-Fahrzeug (Plug-In-Hybrid-Electric-Vehicle), in der eine Abgasreinigungsanlage angeordnet ist, die radial außen von einem elektrischen Heizmantel umhüllt ist, der radial außen von eine Isolationsschicht umhüllt ist, wobei zwischen der Abgasreinigungsanlage und dem elektrischen Heizmantel ein Ringspalt angeordnet ist, der von Luft durchströmbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Abgasreinigungsanlage vor Überhitzung geschützt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein PHEV-Fahrzeug (Plug-In-Hybird-Electric-Vehicle) mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 43 22 524 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift ist ein Abgaskatalysator für eine Brennkraftmaschine bekannt. Der Abgaskatalysator ist insbesondere ein Vorkatalysator, der unter Bildung eines Luftspaltes in einem Gehäuse gelagert ist, das vom Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine umspült wird. Der Luftspalt ist derart dimensioniert, dass der Vorkatalysator im betriebswarmen Zustand aufgrund von Wärmedehnung in weiten Oberflächenbereichen an der Innenwand des Gehäuses anliegt. Unerwünscht hohe Wärmemengen können dann über den Kühlmittelkreislauf abgeführt werden. Kühlt sich der Katalysator wieder ab, so wird wiederum der Luftspalt gebildet, der anschließend an einen Kaltstart der Brennkraftmaschine eine schnelle Aufheizung des Katalysators auf seine Betriebstemperatur durch die heißen Abgase sicherstellt.
  • Weiter ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 196 46 025 A1 eine Heizungsanordnung für einen Katalysator bekannt. Um den Reaktionsverzug zu reduzieren und eine volle Katalysatorfunktion zu gewährleisten, bezweckt die vorgeschlagene Erfindung, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Heizungsanordnung für einen Katalysator, welcher unter Vermeidung von Wärmeverlusten in der Startphase bis zum Erreichen der Ansprechtemperatur motorunabhängig elektrisch beheizbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Heizungsanordnung in Verbundbauweise eine dünne, temperaturbeständige, wärmeleitend mit der Außenmantelfläche oder der Innenmantelfläche des Katalysators oder der Mantelfläche des Katalysatorträgers verbundene, elektrisch isolierende Trägerschicht und eine dickere, in fester, fließfähiger oder pastöser Form darauf aufgebrachte elektrisch leitfähige, mit Elektroden versehene, als Widerstandsheizung und Wärmespeicher fungierende, Kohlenstoff, Graphitteilchen und/oder Kohlenstofffasern aufweisende Heizschicht, welche nach außen gesehen mit einer Wärmedämmschicht ummantelt ist. Die vorgeschlagene Heizungsanordnung wird bei einem Katalysator, insbesondere bei einem geregelten Dreiwegekatalysator eingesetzt, der zum Entgiften der Abgase von Brennkraftmaschinen einen Katalysatorträger mit einem Monolithen aus Keramik oder einem Wickelkörper aus Metall mit Wabenstruktur aufweist.
  • Nachteilig an der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist die Tatsache, dass bei Volllast der Brennkraftmaschine ein Überhitzen des Katalysators nicht immer vermieden werden kann, insbesondere wenn dieser als Vorkatalysator eingesetzt wird.
  • Hybridfahrzeuge vom Typ PHEV (Ein Plug-In Hybrid Electric Vehicle wird in Deutsch als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEF) bezeichnet. Es handelt sich um ein Fahrzeug mit Hybridantrieb: Brennkraftmaschine und Elektromotor. Die Bezeichnung Plug-In bedeutet, dass der Akkumulator für den Elektromotor am Niederspannungsnetz aufgeladen wird.) können zurzeit nur etwa 40 Kilometer rein elektrisch fahren. Die Brennkraftmaschine muss dabei nicht in Betrieb genommen werden, sondern sie wird erst aktiviert, wenn entweder die Batterien erschöpft sind oder die Leistung der elektrischen Maschine für die Streckenanforderungen nicht mehr ausreicht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme, insbesondere für ein PHEV-Fahrzeug aufzuzeigen, um oben genannten Nachteil zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Wenn die Brennkraftmaschine bei einer Fahrt einmal in Betrieb genommen wurde, muss sie solange in Betrieb bleiben, bis der Katalysator seine Umsetzungstemperatur von ca. 350 °C (Light-off Temperatur) erreicht hat. Hierzu dient die Katalysator-Heizfunktion in der DME (Digitale Motorelektronik). Unterhalb dieser Temperatur kann der Katalysator die Abgase nicht reinigen. Wenn das Fahrzeug im Folgenden rein elektrisch bewegt wird, kühlt der Katalysator ab und muss beim nächsten Start der Brennkraftmaschine wieder aufgeheizt werden, leider funktioniert solange auch die Abgasreinigung nicht. Im Rahmen der RDE2-Gesetzgebung (Real Driving Emissions) sind diese Emissionen nicht mehr zulässig.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 wird der erfindungsgemäße Effekt noch weiter angehoben.
  • Die Ausgestaltungsvarianten gemäß Patentanspruch 3 sind zwei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
  • Um das Abkühlen des Katalysators unter 400 °C zu verhindern wird der Einsatz einer elektrischen Heizmanschette vorgeschlagen. Diese umschlingt den Katalysator und ist mit einer elektrischen Heizvorrichtung ausgestattet. Um ein Überhitzen im aktiven Betrieb zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem Heizmantel und dem Katalysator ein Ringspalt vorgeschlagen, der evtl. zwangsbelüftet ist.
  • Die Manschette verhindert erstens das Auskühlen der Abgasreinigungsanlage beim rein elektrischen Fahren und zweitens kann durch die elektrische Heizleistung die Abgasreinigungsanlage auf der Umsetzungstemperatur gehalten werden. Da die Abgasreinigungsanlage durch die Funktion KAT-Heizen, wie oben beschrieben, der Brennkraftmaschine, die nach dem Otto- oder Dieselbrennverfahren arbeiten kann, bereits auf seine Umsetzungstemperatur gebracht worden ist, kann sie bei Stillstand der Brennkraftmaschine mit relativ geringem elektrischen Energieaufwand auf einer geeigneten Temperatur gehalten werden. Die Brennkraftmaschine kann dann auch bei relativ kurzen Fahrsituationen eingesetzt werden, da die Rohemissionen durch die immer noch aktive Abgasreinigungsanlage vollständig gereinigt werden. Bei einem Erststart der Brennkraftmaschine kann durch die zusätzliche Heizleistung die Aufheizphase verkürzt werden, z. B. Aktivierung der Heizung bereits beim Aufschließen des Fahrzeugs, analog einer Vorglüheinrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in einer einzigen Figur näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abgasanlage.
  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Abgasanlage 1 für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein PHEV-Fahrzeug (Plug-In-Hybrid-Electric-Vehicle). In der Abgasanlage 1 ist eine Abgasreinigungsanlage 2 angeordnet, die radial außen von einem elektrischen Heizmantel 3 umhüllt ist, der seinerseits radial außen von einer Isolationsschicht 4 umhüllt ist. Als Abgasreinigungsanlage 2 kommen insbesondere ein Katalysator und/oder ein Partikelfilter in Frage. Hierbei kann es sich um handelsübliche Katalysatoren, z. B. 3-Wege-Katalysatoren, oder Partikelfilter, wie z. B. einem Ottopartikelfilter oder Dieselpartikelfilter, handeln.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine durchströmt ein Abgas die Abgasreinigungsanlage 2. Eine Strömungsrichtung des Abgases ist mit einem Pfeil vor der Abgasreinigungsanlage 2 und nach der Abgasreinigungsanlage 2 schematisch dargestellt.
  • Um ein Überhitzen der Abgasreinigungsanlage 2, beispielsweise bei Volllast der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zwischen der Abgasreinigungsanlage 2 und dem elektrischen Heizmantel 3 ein Ringspalt 5 angeordnet ist, der von Luft durchströmbar ist. Eine Strömungsrichtung der Luft ist durch mehrere Pfeile schematisch in dem Ringspalt 5 dargestellt.
  • Um die erfindungsgemäße Wirkung noch weiter zu erhöhen, das heißt ein Überhitzen der Abgasreinigungsanlage 2 sicher zu vermeiden, kann die Luft von einem Gebläse 6 durch den Ringspalt 5 gefördert werden.
  • Die Abgasreinigungsanlage 2 kann gegenüber dem Heizmantel 3 beispielsweise über eine Tragstruktur in dem Ringspalt 5 abgestützt sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Abgasanlage
    2.
    Abgasreinigungsanlage
    3.
    Heizmantel
    4.
    Isolationsschicht
    5.
    Ringspalt
    6.
    Gebläse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 4322524 A1 [0002]
    • DE 19646025 A1 [0003]

Claims (3)

  1. Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein PHEV-Fahrzeug (Plug-In-Hybrid-Electric-Vehicle), in der eine Abgasreinigungsanlage (2) angeordnet ist, die radial außen von einem elektrischen Heizmantel (3) umhüllt ist, der radial außen von einer Isolationsschicht (4) umhüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abgasreinigungsanlage (2) und dem elektrischen Heizmantel (3) ein Ringspalt (5) angeordnet ist, der von Luft durchströmbar ist.
  2. Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft von einem Gebläse (6) durch den Ringspalt (5) förderbar ist.
  3. Abgasanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage (2) ein Katalysator und/oder ein Partikelfilter ist.
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