DE102018126890A1 - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasanlage angeordneten Abgasreinigungsanlage, wobei für die Abgasreinigungsanlage eine Heizvorrichtung vorgesehen ist zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung, wenn die Brennkraftmaschine nicht betrieben wird, wobei die Heizvorrichtung parallel zu der Abgasreinigungsanlage in einem Abgasrohr angeordnet ist, wobei das Abgasrohr in Strömungsrichtung eines Abgases nach der Abgasreinigungsvorrichtung Abgas führend von der Abgasanlage abzweigt und vor der Abgasreinigungsvorrichtung wieder in die Abgasanlage mündet.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Auskühlen der Abgasreinigungsanlage während eines Stillstandes der Brennkraftmaschine vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben der Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 7.
  • Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Deutsche Offenlegungsschrift DE 196 17 190 A1 hingewiesen. Aus dieser Offenlegungsschrift sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Abgasentgiftung bekannt. Katalysatoren zur Abgasentgiftung, insbesondere bei Automobilen, arbeiten erst ab einer gewissen Temperatur mit einem zufriedenstellenden Wirkungsgrad. Vor allem bei Kurzfahrten resultiert daraus eine erhebliche Schadstoffbelastung. Dieses Problem wird gemäß der DE 196 17 190 A1 dadurch gelöst, dass der Katalysator durch eine in diesem angeordnete Brennkammer, in die zusätzlich während der Aufheizphase Brennstoff eingespritzt und verbrannt wird, schneller seine Arbeitstemperatur erreicht.
  • Weiter sind aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 253 300 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, eine Abgasreinigungsanlage mit Partikelfilter und ein Regenerationsverfahren für den Partikelfilter bekannt. Beschrieben wird eine Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Katalysator-Filteranordnung mit Katalysatormitteln, die zumindest ab einer Anspringtemperatur (Light-Off-Temperatur) kontinuierlich NO in NO2 wandeln und mit einem Partikelfilter, der Partikel aus dem Abgas herausfiltert und bei denen unter Umwandlung von NO2 in NO die herausgefilterten Partikel verbrennen, eine Heizeinrichtung, die stromauf der Katalysatoranordnung angeordnet ist und zum Aufheizen der in die Katalysator-Filteranordnung eintretenden Abgase dient, sowie eine Steuerung, welche die Heizeinrichtung aktiviert, wenn die Abgastemperatur der in die Katalysator-Filteranordnung eintretenden Abgase kleiner als die Anspringtemperatur ist.
  • Der Katalysator benötigt eine Betriebstemperatur von mindestens 450°C. Diese wird üblicherweise nach einem Kaltstart durch motorische Maßnahmen, dem Katalysatorheizen, wie beispielsweise das Öffnen eines Waste-Gates im Abgasturbolader und/oder späte Zündwinkel erreicht. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Temperatur durch die heißen Abgase und chemische Vorgänge erhalten.
  • Wenn Hybridfahrzeuge, mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine, die Brennkraftmaschine abschalten, kühlt somit der Katalysator aus. Entweder wird er durch Starten der Brennkraftmaschine auf Temperatur gehalten oder er muss wie oben dargestellt, durch Katalysatorheizen wieder aufgeheizt werden. Beide Maßnahmen führen zu einem Kraftstoffmehrverbrauch und damit einhergehend einem entsprechenden Schadstoffausstoß.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage aufzuzeigen, mit der oben genannter Nachteil vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird hardwaremäßig durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Verfahrensmerkmalen aus dem Patentanspruch 7 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird der Einsatz eines temperaturgeregelten Heißgebläses zur Temperaturerhaltung während der Stillstandphase der Brennkraftmaschine vorgeschlagen.
  • Der Katalysator kann somit auf Arbeitstemperatur über 450° C gehalten werden, ohne zusätzlichen Schadstoffausstoß nach einem Start der Brennkraftmaschine und gleichzeitigem reinen Elektrobetrieb des Hybridfahrzeuges. Des Weiteren wird eine Versottung des Abgassystems durch Wassereintrag verhindert. Zusätzlich kann ein Einfrieren eines Ottopartikelfilters wirksam verhindert werden. Durch eine Wärmeisolation des Katalysators hält sich der benötigte Energieaufwand zum Heizen des Katalysators in Grenzen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Die Heizeinrichtung gemäß Patentanspruch 2 wird zwar vorzugsweise elektrisch betrieben, jedoch kann sie auch mit einem Brennstoff betreibbar sein, wobei hier vorzugsweise der Brennstoff der Brennkraftmaschine zum Einsatz kommt.
  • Für ein schnelleres auf Temperaturhalten des Katalysators ist gemäß Patentanspruch 3 vorzugsweise in dem Abgasrohr ein Gebläse angeordnet, mit dem die heiße Luft innerhalb der Abgasanlage im Kreis befördert werden kann.
  • Eine weitere Maßnahme gegen das Auskühlen der Abgasreinigungsvorrichtung ist gemäß Patentanspruch 4 dadurch erzielt, dass die Abgasreinigungsvorrichtung zumindest im Bereich der katalytisch aktiven Oberflächen eine thermische Isolation aufweist.
  • Um ein Abkühlen der Abgasreinigungsvorrichtung korrekt detektieren zu können, ist gemäß Patentanspruch 5 in Strömungsrichtung eines Abgases der Brennkraftmaschine hinter der Abgasreinigungsvorrichtung in der Abgasanlage ein Temperatursensor angeordnet, der vorzugsweise gemäß Patentanspruch 6 mit einem Steuergerät verbunden ist, zur Auswertung eines Motorsignals und zur Steuerung der Heizvorrichtung und des Gebläses.
  • Um nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine die Abgasreinigungsanlage auf Temperatur zu halten, wird gemäß Patentanspruch 7 ein Verfahren zum Betreiben der Abgasanlage vorgeschlagen, nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine, mit folgenden Verfahrensschritten:
    • - Ständiges Messen einer Temperatur mit dem Steuergerät,
    • - Bei Unterschreiten einer definierten Temperatur Anschalten der Heizvorrichtung und Anschalten des Gebläses mit dem Steuergerät, bis eine Mindesttemperatur erreicht ist, diese Mindesttemperatur liegt bei ca. 450°C,
    • - Nach einem erneuten Einschalten der Brennkraftmaschine,
    • - Ausschalten der Heizvorrichtung und des Gebläses mit dem Steuergerät.
  • Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen schematischen Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasanlage.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasanlage 1. Die Abgasanlage 1 ist für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine vorgesehen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, d. h. mit einer Brennkraftmaschine und mit einer zusätzlichen elektrischen Antriebseinheit.
  • Ein von links kommendes einströmendes Abgas in die Abgasanlage 1 ist mit einem Pfeil dargestellt. Das Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt innerhalb der Abgasanlage 1 zuerst ein nicht beziffertes Abgasrohr und anschließend eine Abgasreinigungsvorrichtung 2 und verlässt die Abgasanlage durch ein ebenfalls nicht beziffertes Austrittsabgasrohr, was wiederum mit einem Pfeil dargestellt ist.
  • Damit die Abgasreinigungsanlage 2 bei einem Stillstand der Brennkraftmaschine, z. B. bei rein elektrischen Antrieb eines Hybridfahrzeuges, nicht auskühlen zu lassen, ist für die Abgasreinigungsvorrichtung 2 eine Heizvorrichtung 3 vorgesehen, zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung 2. Erfindungsgemäß ist die Heizvorrichtung 3 parallel zu der Abgasreinigungsvorrichtung 2 in einem Abgasrohr 4 angeordnet. Das Abgasrohr 4 zweigt in Strömungsrichtung des Abgases nach der Abgasreinigungsvorrichtung 2 abgasführend von der Abgasanlage 1 ab und mündet vor der Abgasreinigungsvorrichtung 2 wieder in die Abgasanlage 1. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Heizvorrichtung 3 elektrisch beheizbar. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Heizvorrichtung 3 auch von einem Brennstoff betrieben werden, vorzugsweise mit dem Brennstoff, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird.
  • Um das von der Heizvorrichtung 3 aufgeheizte Abgas besser durch die Abgasreinigungsvorrichtung 2 strömen lassen zu können, ist in dem Abgasrohr 4 ein Gebläse 5 angeordnet. Dieses ist vorzugsweise von einem elektrischen Motor 9 antreibbar. Das Gebläse 5 kann in Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgasrohr 4 sowohl vor oder hinter Heizvorrichtung 3 angeordnet sein.
  • Die Heizvorrichtung 3 und der elektrische Motor 9 werden vorzugsweise von einem Steuergerät 8 angesteuert, sobald die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 2 unter einen Minimalwert gefallen ist. Hierfür ist in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Abgasreinigungsvorrichtung 2 in der Abgasanlage 1 ein Temperatursensor 7 vorgesehen, der ebenfalls mit dem Steuergerät 8 in Wirkverbindung steht, wobei das Steuergerät 8 die Temperatursignale auswertet.
  • Eine weitere Maßnahme zur Verhinderung eines Abkühlens der Abgasreinigungsvorrichtung 2 besteht darin, dass die Abgasanlage 1 im Bereich der Abgasreinigungsvorrichtung 2 eine Isolation 6 aufweist. Dies kann beispielsweise eine Luftspaltisolation sein. Es können jedoch auch temperaturfeste, wärmedämmende Stoffe zum Einsatz kommen, wie beispielsweise mineralische Isolationsmaterialien.
  • Mit dieser erfindungsgemäßen Abgasanlage 1 lässt sich nun ein Verfahren zum Betreiben der Abgasanlage 1 darstellen, mit folgenden Verfahrensschritten nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine:
    • - Ständiges Messen einer Temperatur mit dem Steuergeräte 8,
    • - Bei unterschreiten einer definierten Temperatur Anschalten der Heizvorrichtung 3 und Anschalten des Gebläses 5 mit dem Steuergerät 8, bis eine Mindesttemperatur erreicht ist,
    • - Nach einem erneuten Einschalten der Brennkraftmaschine,
    • - Ausschalten der Heizvorrichtung 3 des Gebläses 5 mit dem Steuergerät 8.
  • Erfindungsgemäß kann die Abgasreinigungsvorrichtung 2 auf Arbeitstemperatur gehalten werden, ohne zusätzlichen Schadstoffausstoß nach einem Start der Brennkraftmaschine und anschließendem Elektrobetrieb. Des Weiteren wird eine Versottung des Abgassystems durch Wassereintrag verhindert. Zusätzlich kann in vorteilhafter Weise ein Einfrieren eines Partikelfilters wirksam verhindert werden. Durch die Isolation 6 der Abgasreinigungsvorrichtung 2 hält sich der Energieaufwand in Grenzen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1.
    Abgasanlage
    2.
    Abgasreinigungsvorrichtung
    3.
    Heizvorrichtung
    4.
    Abgasrohr
    5.
    Gebläse
    6.
    Isolation
    7.
    Temperatursensor
    8.
    Steuergerät
    9.
    elektrischer Motor
  • 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
    • DE 19617190 A1 [0002]
    • EP 1253300 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasanlage (1) angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung (2), wobei für die Abgasreinigungsvorrichtung (2) eine Heizvorrichtung (3) vorgesehen ist zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung (2), wenn die Brennkraftmaschine nicht betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (3) parallel zu der Abgasreinigungsvorrichtung (2) in einem Abgasrohr (4) angeordnet ist, wobei das Abgasrohr (4) in Strömungsrichtung eines Abgases nach der Abgasreinigungsvorrichtung (2) Abgas führend von der Abgasanlage (1) abzweigt und vor der Abgasreinigungsvorrichtung (2) wieder in die Abgasanlage (1) mündet.
  2. Abgasanlage nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (3) elektrisch oder mit einem Brennstoff betreibbar ist.
  3. Abgasanlage nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abgasrohr (4) ein Gebläse (5) angeordnet ist.
  4. Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (2) eine thermische Isolation (6) aufweist.
  5. Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung eines Abgases hinter der Abgasreinigungsvorrichtung (2) in der Abgasanlage (1) ein Temperatursensor (7) angeordnet ist.
  6. Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (8) vorgesehen ist zur Auswertung eines Temperatursignales und zur Steuerung der Heizvorrichtung (3) und des Gebläses (5).
  7. Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, mit folgenden Verfahrensschritten nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine: - Ständiges Messen einer Temperatur mit dem Steuergerät (8), - Bei Unterschreiten einer definierten Temperatur Anschalten der Heizvorrichtung (3) und Anschalten des Gebläses (5) mit dem Steuergerät (8) bis eine Mindesttemperatur erreicht ist, - Nach einem erneuten Einschalten der Brennkraftmaschine, - Ausschalten der Heizvorrichtung (3) und des Gebläses (5) mit dem Steuergerät (8).
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