DE102020105013A1

DE102020105013A1 - Abgasleitung für einen Kaltstart-Betrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102020105013A1
Application number: DE102020105013.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Christian Leinhos; Samuel Engeda
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung (112, 212, 312) zum Führen von Abgasen einer Brennkraftmaschine (102, 202, 302) eines Kraftfahrzeugs hin zu einer Abgasnachbehandlung (110, 210, 310) des Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Längserstreckung (114, 214, 314), entlang welcher die Abgase leitbar sind, einen Leitungsquerschnitt (118, 218, 318), der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung verläuft, und einen Leitungsmantel (120, 220, 320) mit einer Mantelwand (121, 221, 321) zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts in Umfangsrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasleitung zum Führen von Abgasen einer Brennkraftmaschine hin zu einer Abgasnachbehandlung, eine Abgasanlage mit einer Abgasnachbehandlung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
Zur Erfüllung der stetig ansteigenden Emissionsanforderungen an Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, dass die Abgasnachbehandlung möglichst schnell nach dem Start des Motors die unerwünschten Abgasbestandteile, z.B. Stickoxide, in gewünschte Produkte konvertiert.
Damit beispielsweise der 3-Wege Katalysator eines Ottomotors konvertieren kann, muss er auf eine Mindesttemperatur aufgeheizt sein. Um diese Temperatur möglichst schnell zu erreichen, wird beispielsweise bei einem Turbomotor ein Teil des Abgases über ein sogenanntes Wastegate an der Turbine eines Abgasturboladers vorbei und direkt auf den in einem möglichst geringen Abstand befindlichen Katalysator geleitet.
Dadurch wird aber auch bei hohen Leistungen der Katalysator mit sehr hohen Temperaturen beaufschlagt, die ihn schneller altern und verschleißen lassen.
Es besteht also ein Zielkonflikt zwischen der Anspringzeit des Katalysators und seiner Temperaturbelastung.
Dieser Zielkonflikt ist zumindest teilweise lösbar durch die Verwendung eines elektrisch zuheizbaren Mehrwege-Katalysators. Dann kann ein größerer Abstand zwischen dem Turbinenaustritt des Turboladers bzw. einer Einleitstelle des Wastegatemassenstroms einerseits und einem Eintritt in den Katalysator andererseits gewählt werden, ohne große Nachteile bei der Anspringzeit verwendet werden.
Eine solche Katalysatorheizung ist beispielsweise in DE 10 2018 109 570 A1 gezeigt.
Eine ausreichende Zuheizung verbraucht dabei aber eine unerwünscht große Energiemenge, insbesondere wegen der großen zu beheizenden abgasführenden Oberfläche in einem Katalysator.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgasleitung zum Führen von Abgasen einer Brennkraftmaschine und eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine sowie Betriebsverfahren für eine Abgasanlage zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasleitung mit den Merkmalen von Anspruch 1, eine Abgasanlage mit den Merkmalen von Anspruch 8 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird eine Abgasleitung zum Führen von Abgasen einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs hin zu einer Abgasnachbehandlung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Die Abgasleitung weist insbesondere auf: (a) eine Längserstreckung, die auch verzweigt sein, insbesondere beginnen, kann, und entlang welcher die Abgase leitbar sind; (b) einen Leitungsquerschnitt, der auch verzweigt sein, insbesondere beginnen, kann, und der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung verläuft; (c) einen Leitungsmantel mit einer Mantelwand zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts in einer Umfangsrichtung.
Der Leitungsmantel weist zumindest in einem Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung und/ oder in Umfangsrichtung eine Mantelheizung auf. Unter einer Mantelheizung des Leitungsmantels ist insbesondere zu verstehen, dass im Mantel wenigstens eine Komponente der Mantelheizung angeordnet ist, beispielsweise ein elektrischer Widerstand oder ein metallischer Körper, der durch Induktion von innerhalb oder außerhalb des Leitungsmantels erwärmt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlung, insbesondere mit einem ein- oder mehrteiligen 3-Wege- oder einem 4-Wege-Katalysator oder getrennt mit einem 3-Wege-Katalysator und einem davon beabstandeten Partikelfilter und/oder je nach Motorart und Brennverfahren entsprechende Katalysatoren wie beispielsweise Speicherkats, Oxidationskatalysatoren und/oder SCR-Katalysatoren, und einer Abgasleitung gemäß einer Ausführung der Erfindung bereitgestellt. Gemäß einer Ausführung ist dabei die Abgasleitung zwischen einem Auslassventil und/oder einem Abgaskrümmer und/oder einem Turbinengehäuse eines Abgasturboladers einerseits und einer Abgasnachbehandlungskomponente andererseits angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte: (i) Führen von Abgasen in einer Abgasleitung der Abgasanlage hin zu einer ersten Komponente einer Abgasnachbehandlung, insbesondere einem Katalysator, der Abgasanlage; (ii) Ermitteln eines Betriebszustands des Kraftfahrzeugs und/oder eines Betriebszustands der Abgasanlage und/oder von wenigstens einer Temperatur (insbesondere der Innenoberfläche) des Leitungsmantels der Abgasleitung und/oder in der Abgasanlage und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage und/oder der Abgase, insbesondere im Bereich der Abgasleitung; (iii) Schalten einer Mantelheizung der Abgasleitung in Abhängigkeit von wenigstens einem ermittelten Betriebszustand, insbesondere des Kraftfahrzeugs und/oder der Abgasnachbehandlung, und/oder von wenigstens einer ermittelten Temperatur, insbesondere der Innenoberfläche des Leitungsmantels und/oder der Abgase.
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass ein Zielkonflikt besteht zwischen einer Anspringzeit des Katalysators, insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, einerseits und andererseits einer Temperaturbelastung des Katalysators. Je geringer der Abstand zwischen beispielsweise einem Turbinenaustritt eines Abgasturboladers bzw. einer Einleitstelle des Wastegatemassenstroms einerseits und andererseits einem Abgaseintritt in den Katalysator, desto kürzer ist die Katalysator-Anspringzeit nach einem Motorstart, aber desto höher ist die Temperaturbelastung bei hohen Leistungen; mit negativen Auswirkungen bzgl. Alterung und Verschleiß des Katalysators.
Typischerweise wird im sogenannten Katheizbetrieb das Wastegate weit geöffnet, um einen möglichst hohen Anteil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbei ins Turbinenaustrittsgehäuse bzw. die Zuführung zum Katalysator einzuleiten. Durch die Verwendung eines Wastegates wird verhindert, dass das Abgas sich auf dem Weg durch die Turbine abkühlt.
Natürlich gibt das Abgas aber auf dem Weg durch die Wastegateleitung und von der Wastegateeinleitung zum Eintritt in den Katalysator Wärme an die Oberfläche der kalten strömungsführenden Bauteile in der Abgasleitung ab, die dann nicht zum Aufwärmen des Katalysators zur Verfügung steht.
Je größer der Abstand desto größer die Oberfläche und damit die Wärmeabgabe und damit verbunden eine Verringerung der Abgasenthalpie, die zu einer Verlängerung der Aufheizzeit des Katalysators führt.
Also gilt generell, dass Wärme, die an die strömungsführenden Oberflächen abgegeben wird, nicht zur Erwärmung des Katalysators verwendet werden kann.
Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, die Wärmeabgabe des Abgases an die strömungsführenden Oberflächen, insbesondere in der Abgasleitung, zu reduzieren oder ganz zu unterbinden, indem zumindest ein Teil dieser Oberflächen beheizt wird, sodass kein oder nur ein reduzierter Temperaturunterschied zwischen der beheizten Oberfläche und dem Abgas besteht.
Damit kann der Zielkonflikt zwischen dem Katalysatorabstand und der Anspringzeit gelöst werden. Wenn die Wärmeabgabe an die Oberfläche verhindert werden kann, kann der Katalysator auch weiter stromab positioniert werden, was sehr gut für das Alterungsverhalten des Katalysators ist. Zusätzlich kann der Katalysator dann aufgrund der freieren Positionierung im Fahrzeug anders bzw. flexibler an den Anforderungen orientiert dimensioniert werden, sodass beispielsweise Edelmetallbeladung eingespart werden kann.
Dabei ist typischerweise neben den Wärmeübergangsparametern nur die Größe und Temperatur der Oberfläche entscheidend für die Wärmeabfuhr, nicht aber die Materialdicke, da in den relevanten Zeitskalen die Bauteile nicht durchgewärmt werden. Deshalb ist bei dem Ansatz der Mantelheizung an der Abgasleitung auch die Reduzierung bzw. Vermeidung der Wärmeleitung in die Oberfläche ausreichend.
Durch eine gezielte, beispielsweise elektrische, Beheizung dieser Oberflächen wird die Wärmeabfuhr aufgrund des verringerten oder evtl. umgedrehten Temperaturunterschieds stark reduziert oder ganz verhindert (ggf. erfolgt sogar ein Wärmeeintrag in das Abgas), so dass das Aufwärmen des Katalysators schneller und unabhängig vom Abstand des Katalysators vom Turbinenaustritts erfolgt.
Damit kann der Katalysator beispielsweise dort positioniert werden, wo ein ausreichend großer Bauraum vorhanden ist bzw. ein größerer Katalysator als bei einer motornäheren Lösung integrierbar ist oder er kann so positioniert werden, dass die Temperaturbelastung bei sehr hohen Motorleistungen abgesenkt wird, was sich dann positiv auf die Alterung des Katalysators auswirken kann.
Je nach Anforderung und Ausführung kann die komplette strömungsführende Oberfläche beheizt werden oder auch verschiedene Teile davon, insbesondere ein Wastegatekanal und/oder ein Turbinenaustrittsgehäuse und/oder ein Katalysatoreintrittstrichter. Die Mantelheizung kann sich auch in Längsrichtung, ausgehend von der Abgasleitung, zumindest um einen Teil oder die gesamte Längserstreckung eines Katalysators erstrecken.
Für die Beheizung einer inneren Manteloberfläche (also der abgasführenden Fläche) in der Abgasleitung kommen verschiedene Möglichkeiten, z.B. elektrische Heizwendeln, Infrarotheizer oder eine induktive Heizung in Frage.
Die Heizung kann alternativ oder zusätzlich durch einen für den erforderlichen Temperaturbereich geeigneten Wärmespeicher, insbesondere einen Latentwärmespeicher mit getriggertem Phasenübergang und/oder einer Nutzung einer spezifischen Kristallisationstemperatur, dargestellt werden. Gemäß einer Ausführung wird ein Latentwärmespeicher mit einer anderen Heizeinrichtung, wie beispielsweise einer elektrischen und/oder einer Infrarot-basierten und/oder einer induktiven Heizeinrichtung, kombiniert, sodass insbesondere die andere Heizeinrichtung nur zugeschaltet werden muss, wenn beispielsweise der Latentwärmespeicher nicht genügend Heizleistung für die vorliegende Betriebssituation aufbringen kann.
Ein Wärmespeicher kann einerseits das Heizen über einen längeren Zeitraum ermöglichen und andererseits auch Wärme nutzen, die im vorhergehenden Betrieb eingespeichert wurde. Damit kann ein elektrischer Leistungsbedarf für das Heizen massiv reduziert werden. Gemäß einer Ausführung weist daher die Mantelheizung einen Latentwärmespeicher auf.
Als Phase-Change-Material (PCM) für den Latentwärmespeicher kommen Stoffe in Frage mit einer Phasenwechseltemperatur von zwischen 200 ° C und 700 °C, insbesondere Salze, beispielsweise entsprechend fachmännisch ausgewählte Nitrate, Hydroxide, Chloride oder Karbonate.
Nitrate und Hydroxide können hierbei beispielsweise aber nicht ausschließlich für Anwendungen vorgesehen sein, bei welchen eine Heizung auf ein Temperaturniveau von ca. 200 bis 300 °C ausreicht, weil lediglich eine Ergänzung der elektrischen Heizung vorgesehen ist. Chloride und Karbonate können hierbei beispielsweise, aber nicht ausschließlich für Anwendungen vorgesehen sein, bei welchen die benötigte Heizleistung allein durch den Latentwärmespeicher aufgebracht werden soll, sodass je nach Anwendungsfall ein Temperaturniveau von ca. 450 bis 700 °C erforderlich ist.
Um die Wirksamkeit der Mantelheizung zu erhöhen, kann eine Isolierschicht gegenüber der äußeren Bauteilwand eingebracht werden. Die Isolierschicht kann auch durch ein Gaspolster und/oder einen Luftspalt realisiert werden. Gemäß einer Ausführung weist der Leitungsmantel eine Isolierschicht auf, die radial außerhalb der Mantelheizung angeordnet ist. Die Isolierschicht weist insbesondere eine Isoliermaterialschicht und/oder einen Luftspalt und/oder einen evakuierten Spalt auf.
Als Isoliermaterial kommt insbesondere Mineralwolle wie beispielsweise Schlackenwolle, Glaswollen und/oder Steinwolle mit einer Temperaturbeständigkeit von über 500, 750 oder gar 1050 °C infrage, beispielsweise in Form von Fasermatten aus einem solchen Material.
Da die Beheizung der inneren Manteloberfläche(n) beispielsweise nur für einige Sekunden nach einem Motorstart erforderlich ist, ist der elektrische Energieverbrauch vernachlässigbar. Gemäß einer Ausführung weist daher die Mantelheizung eine elektrische Heizeinrichtung und/oder eine Infrarotheizeinrichtung und/oder eine Induktionsheizeinrichtung auf.
Um einen Eintritt der motornächsten Komponente der Abgasnachbehandlung mitheizen zu können, erstreckt sich gemäß einer Ausführung die Mantelheizung in Längsrichtung über eine Verbindungsstelle zu dieser Abgasnachbehandlungskomponente hinaus, insbesondere sodass in einem montierten Zustand auch ein Eintrittstrichter der Komponente beheizt werden kann.
Um die Führung der Abgase in der Abgasleitung mit der Heizfunktion verbinden zu können, weist der Leitungsmantel, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge radial von innen nach außen, folgende Mantelschichten auf, insbesondere wo die Mantelheizung ausgebildet ist: (1) eine elektrische und/oder infrarot-basierte und/oder induktive Heizungsschicht, und/oder (2) eine äußere Mantelwand.
Insbesondere kann der Leitungsmantel zusätzlich folgende Mantelschicht(en) aufweisen, insbesondere wo die Mantelheizung ausgebildet ist: (3) eine innere Mantelwand, und/oder (4) eine Wärmespeicherschicht, und/oder (5) eine Isolierschicht.
Dabei kann die äußere Mantelwand insbesondere die Funktion der Trennung des in der Abgasleitung geführten Abgases von der Umgebung übernehmen; die innere Mantelwand insbesondere die Funktion eines Schutzes der Heizungsschicht und/oder der Wärmespeicherschicht und/oder der Isolierschicht vor dem Einfluss der hei-ßen, korrosiven Abgase.
Gemäß einer Ausführung kann die Abgasleitung auch einen Wastegatekanal bzw. Turbinenbypass der Abgasanlage aufweisen.
Für eine anwendungsspezifische Optimierung der benötigten Heizleistung kann gemäß unterschiedlicher Ausführungen die Mantelheizung an und/oder um: - eine Zuführungsleitung zum Katalysator, und/oder - einen Wastegatekanal, und/oder - einen Abgaskrümmer, und/oder -ein Turbinenaustrittsgehäuse des Abgasturboladers, und/oder - einen Katalysatoreintrittstrichter angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführung wird die Mantelheizung zugeschaltet, wenn: - der ermittelte Betriebszustand ein Kaltstart-Betriebszustand ist, und/oder - die ermittelte Temperatur, insbesondere der Innenoberfläche, des Leitungsmantels kleiner ist als ein Manteltemperaturschwellenwert, und/oder - die ermittelte Temperatur der Abgase größer oder kleiner ist als ein Abgastemperaturschwellenwert.
Die Temperatur des Leitungsmantels und/oder der Abgase kann dabei insbesondere mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung und/oder mittels eines Betriebsmodells der Abgasanlage und/oder der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Als Ort der Temperaturermittlung kommen beispielsweise auch Messstellen vor und/oder nach dem Katalysator in Betracht. Bei Ermittlung einer Temperatur an diesen beiden Stellen kann auch eine Exotherme als Zeichen eines aktiven Katalysators detektiert werden.
Die Beheizung kann gemäß unterschiedlichen Ausführungen durch unterschiedliche Trigger gestartet werden und/oder nach einer vorher festgelegten Zeit und/oder aufgrund von bestimmten Eingangsparametern, beispielsweise dem Erlöschen einer Triggerbedingung, nach einer vorbestimmten oder ermittelten Zeit automatisch zurückgefahren oder beendet werden.
Um die benötigte Heizleistung möglichst gering zu halten und/oder um gegebenenfalls in einem Latentwärmespeicher gespeicherte Wärmeenergie nicht unnötig bereitzustellen, wird die Mantelheizung gemäß einer Ausführung zugeschaltet, wenn der ermittelte Betriebszustand beinhaltet, dass: - die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder - die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder - eine Tür oder Klappe des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder - eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder - ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann die Heizung auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.
Zur Reduzierung der benötigten elektrischen Heizleistung wird gemäß einer Ausführung zuerst ein Latentwärmespeicher der Mantelheizung, insbesondere zur Abgabe von Wärme, aktiviert, beispielsweise mittels eines elektrischen Impulses.
Insbesondere wird eine andere Heizeinrichtung der Mantelheizung erst aktiviert, wenn bzw. sobald ermittelt wird, dass eine Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers nicht bzw. nicht mehr ausreicht, um die Temperatur des Leitungsmantels auf den Manteltemperaturschwellenwert zu bringen.
Zur Nutzung im Fahrzeug vorhandenen Wärmequellen wird gemäß einer Ausführung ein Latentwärmespeicher der Abgasleitung mittels Einbringen von Abwärme der Abgase in den Leitungsmantel aufgeladen, insbesondere wenn: - der ermittelte Betriebszustand ein Hochleistungs-Betriebszustand ist, und/oder - die ermittelte Temperatur, insbesondere der Innenoberfläche, des Leitungsmantels größer ist als ein Manteltemperaturschwellenwert.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.

1 zeigt eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader mit einem Wastegate und einer Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
2 zeigt eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
3 zeigt eine Anordnung einer als Saugmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine und einer Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
4 zeigt eine Abgasleitung nach einer beispielhaften Ausführung der Erfindung, die insbesondere in der Abgasanlage gemäß 1 eingesetzt werden kann.
5a-m zeigen Abgasleitungen nach verschiedenen beispielhaften Ausführungen der Erfindung, die insbesondere in der Abgasanlage gemäß 2 oder gemäß 3 eingesetzt werden können.
6 zeigt eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader und einer Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.

1 zeigt eine Anordnung 100 einer Brennkraftmaschine 102 mit einem Abgasturbolader 104 mit einem Wastegate 106 und einer Abgasanlage 108. Die Brennkraftmaschine 102 ist im Ausführungsbeispiel ein Vierzylinder-Ottomotor, kann aber auch eine andere Zylinderzahl aufweisen und/oder als Dieselmotor ausgebildet sein.
Die Abgasanlage 108 weist eine Abgasnachbehandlung 110, insbesondere mit einem Drei-Wege-Katalysator oder einem Vier-Wege-Katalysator mit zusätzlichem Partikelfilter auf. Zudem weist die Abgasanlage 108 eine Abgasleitung 112 gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung auf.
Die Abgasleitung 112 ist im Ausführungsbeispiel zwischen einem Turbinengehäuse 117 des Abgasturboladers 104 einerseits und einem motornahen Katalysator 111 der Abgasnachbehandlung 110 andererseits angeordnet. Die Abgasleitung 112 beinhaltet auch einen Wastegatekanal 107 der Abgasanlage stromabwärts des Wastegates 106.
Die Abgasleitung 112 ist dabei zum Führen von Abgasen der Brennkraftmaschine 102 ausgebildet, insbesondere in Richtung des in 1 eingetragenen Pfeils (die Pfeile in den anderen Figuren bezeichnen auch jeweils die vorgesehene Führungsrichtung der Abgase).
Die Abgasleitung 112 weist eine Längserstreckung 114 auf, entlang welcher die Abgase leitbar sind, und die im Ausführungsbeispiel verzweigt beginnt. D. h., die Längserstreckung beginnt sowohl an einem Turbinenaustrittsgehäuse 115 als auch einem Wastegate Kanal 107 und endet - anschließend an eine Zuführung 113 zum motornahen Katalysator 111 - an einem Katalysator-Eintrittstrichter 116.
Zudem weist die Abgasleitung 112 einen Leitungsquerschnitt 118 auf, der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung 114 verläuft. Um den Leitungsquerschnitt 118 herum angeordnet ist ein Leitungsmantel 120 mit einer Mantelwand 121 zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts 118 in Umfangsrichtung des Leitungsquerschnitts 118.
Der Leitungsmantel 120 weist im Ausführungsbeispiel eine Mantelheizung 122 auf, die in der Mantelwand 121 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Mantelheizung ausgebildet an der Zuführung 113 zum motornahen Katalysator 111, am Wastegatekanal 107, am Turbinenaustrittsgehäuse 115 des Abgasturboladers 104 und am Katalysatoreintrittstrichter 116.
Wie in verschiedenen Anwendungsfällen des Ausführungsbeispiels die Mantelheizung 122 vorteilhaft aufgebaut sein kann, ist insbesondere in 4 (aber analog auch in dem Ausführungsbeispiel der 5) dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung ausgeführt.
Mit der Mantelheizung 122 kann das nachfolgend beschriebene beispielhafte Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage 108 mittels einer Abgasanlagen-Steuerung 131, ggf. verbunden mit einer Motorsteuerung 132 und/oder einer Fahrzeugsteuerung 133, durchgeführt werden:

Die Abgase werden in der Abgasleitung 112 zum motornahen Katalysator 111 in Pfeilrichtung geführt.

Parallel wird ein Betriebszustand 2 des Kraftfahrzeugs ermittelt, der einen Rückschluss auf eine Temperatur der Abgase an der Abgasleitung 112 und/oder auf eine Temperatur einer Innenoberfläche 123 des Leitungsmantels 120 zulässt - und damit eine Antwort auf die Frage ermöglicht, ob ein Kaltstart-Betriebszustand vorliegt.
Dazu können beispielsweise die relevanten Temperaturen - direkt mittels Sensoren und/oder indirekt mittels eines Modells - ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können aber auch indirekte Parameter dazu herangezogen werden, ein Kaltstart-Betriebszustand zu ermitteln: beispielsweise kann ein Kaltstart angenommen werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann die Heizung auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.
Zur Ermittlung der jeweiligen Ausprägung eines dieser Parameter kann je nach Steuerungstruktur eine Abgasanlagen-Steuerung 131, eine Motorsteuerung 132 und/oder eine Fahrzeugsteuerung 133, jeweils gegebenenfalls unter Rückgriff auf Sensorwerte und/oder Betriebsmodelle, herangezogen werden. Sensorwerte können beispielsweise herangezogen werden von einem Abgastemperatursensor 134 und/oder einem Manteltemperatursensor 136.
In jedem Fall wird die Mantelheizung 122 zugeschaltet, wenn ein Kaltstart-Betriebszustand mit einer der vorgenannten Methoden ermittelt wird.
Durch die Erwärmung der Innenoberfläche 123 mittels der Mantelheizung 122 wird die Wärmeabgabe des Abgases an die strömungsführenden Oberfläche 123 in der Abgasleitung 112 zunächst reduziert und nach voller Aufheizung ggf. sogar unterbunden.
Da die Wärmeabgabe an die Oberfläche 123 verhindert werden kann, kann der motornahe Katalysator 111 weiter stromab positioniert werden, was gut für sein Alterungsverhalten ist.
Zur Schonung des motornahen Katalysators 111 und/oder zur Minimierung des Energieverbrauchs wird die Mantelheizung 122 entweder nach Ablauf einer vorbestimmten Heizungsdauer (beispielsweise 2 oder 5 oder 10 oder 20 oder 30 Sekunden) oder, wenn kein Kaltstart-Betriebszustand mehr ermittelt wird, abgeschaltet.
2 zeigt eine Anordnung 200 einer Brennkraftmaschine 202 mit einem Abgasturbolader 204 ohne Wastegate und mit einer Abgasanlage 208. Die Brennkraftmaschine 202 ist im Ausführungsbeispiel ein Vierzylinder-Ottomotor, kann aber auch eine andere Zylinderzahl aufweisen und/oder als Dieselmotor ausgebildet sein.
Die Abgasanlage 208 weist eine Abgasnachbehandlung 210, insbesondere mit einem Drei-Wege-Katalysator oder einem Vier-Wege-Katalysator mit zusätzlichem Partikelfilter auf. Zudem weist die Abgasanlage 208 eine Abgasleitung 212 gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung auf.
Die Abgasleitung 212 ist im Ausführungsbeispiel zwischen einem Turbinengehäuse 217 des Abgasturboladers 204 einerseits und einem motornahen Katalysator 211 der Abgasnachbehandlung 210 andererseits angeordnet.
Die Abgasleitung 212 ist dabei zum Führen von Abgasen der Brennkraftmaschine 202 ausgebildet, insbesondere in Richtung des in 2 eingetragenen Pfeils.
Die Abgasleitung 212 weist eine Längserstreckung 214 auf, entlang welcher die Abgase leitbar sind, und die im Ausführungsbeispiel an einem Turbinenaustrittsgehäuse 215 beginnt und endet am Übergang der Zuführung 213 zum motornahen Katalysator 211 - im Abgasstrom vor einem Katalysator-Eintrittstrichter 216.
Zudem weist die Abgasleitung 212 einen Leitungsquerschnitt 218 auf, der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung 214 verläuft. Um den Leitungsquerschnitt 218 herum angeordnet ist ein Leitungsmantel 220 mit einer Mantelwand 221 zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts 218 in Umfangsrichtung des Leitungsquerschnitts 218.
Der Leitungsmantel 220 weist im Ausführungsbeispiel eine Mantelheizung 222 auf, die in der Mantelwand 221 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Mantelheizung 222 ausgebildet an der Zuführung 213 zum motornahen Katalysator 211 und am Turbinenaustrittsgehäuse 215 des Abgasturboladers 204.
Die Mantelheizung 222 erstreckt sich also - anders als die Mantelheizung 122 gemäß 1 - nicht über den Katalysator-Eintrittstrichter 216.
Wie in verschiedenen Anwendungsfällen des Ausführungsbeispiels die Mantelheizung 222 vorteilhaft aufgebaut sein kann, ist insbesondere in 5 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung ausgeführt.
Mit der Mantelheizung 222 kann das nachfolgend beschriebene beispielhafte Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage 208 mittels einer Abgasanlagen-Steuerung 231, ggf. verbunden mit einer Motorsteuerung 232 und/oder einer Fahrzeugsteuerung 233, durchgeführt werden:

Die Abgase werden in der Abgasleitung 212 zum motornahen Katalysator 211 in Pfeilrichtung geführt.

Parallel wird ein Betriebszustand 2 des Kraftfahrzeugs ermittelt, der einen Rückschluss auf eine Temperatur der Abgase an der Abgasleitung 212 und/oder auf eine Temperatur einer Innenoberfläche 223 des Leitungsmantels 220 zulässt - und damit eine Antwort auf die Frage ermöglicht, ob ein Kaltstart-Betriebszustand vorliegt.
Dazu können beispielsweise die relevanten Temperaturen - direkt mittels Sensoren und/oder indirekt mittels eines Modells - ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können aber auch indirekte Parameter dazu herangezogen werden, ein Kaltstart-Betriebszustand zu ermitteln: beispielsweise kann ein Kaltstart angenommen werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann die Heizung auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.
Zur Ermittlung der jeweiligen Ausprägung eines dieser Parameter kann je nach Steuerungstruktur eine Abgasanlage-Steuerung 231, eine Motorsteuerung 232 und/oder eine Fahrzeugsteuerung 233, jeweils gegebenenfalls unter Rückgriff auf Sensorwerte und/oder Betriebsmodelle, herangezogen werden. Sensorwerte können beispielsweise herangezogen werden von einem Abgastemperatursensor 234 und/oder einem Manteltemperatursensor 236.
In jedem Fall wird die Mantelheizung 222 zugeschaltet, wenn ein Kaltstart-Betriebszustand mit einer der vorgenannten Methoden ermittelt wird.
Durch die Erwärmung der Innenoberfläche 223 mittels der Mantelheizung 222 wird die Wärmeabgabe des Abgases an die strömungsführenden Oberfläche 223 in der Abgasleitung 212 zunächst reduziert und nach voller Aufheizung ggf. sogar unterbunden.
Da die Wärmeabgabe an die Oberfläche 223 verhindert werden kann, kann der motornahe Katalysator 211 weiter stromab positioniert werden, was gut für das Alterungsverhalten des Katalysators ist.
Zur Schonung des motornahen Katalysators 211 und/oder zur Minimierung des Energieverbrauchs wird die Mantelheizung 222 entweder nach Ablauf einer vorbestimmten Heizungsdauer (beispielsweise 2 oder 5 oder 10 oder 20 oder 30 Sekunden) oder, wenn kein Kaltstart-Betriebszustand mehr ermittelt wird, abgeschaltet.
3 zeigt eine Anordnung 300 einer als Otto-Saugmotor ausgebildeten Brennkraftmaschine 302 mit einer Abgasanlage 308. Die Brennkraftmaschine 302 kann aber auch eine andere Zylinderzahl aufweisen.
Die Abgasanlage 308 weist eine Abgasnachbehandlung 310, insbesondere mit einem Drei-Wege-Katalysator oder einem Vier-Wege-Katalysator mit zusätzlichem Partikelfilter auf. Zudem weist die Abgasanlage 308 eine Abgasleitung 312 gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung auf.
Die Abgasleitung 312 ist im Ausführungsbeispiel zwischen einem Abgaskrümmer 303 des Saugmotors 302 einerseits und einem motornahen Katalysator 311 der Abgasnachbehandlung 310 andererseits angeordnet.
Die Abgasleitung 312 ist dabei zum Führen von Abgasen der Brennkraftmaschine 302 ausgebildet, insbesondere in Richtung des in 3 eingetragenen Pfeils.
Die Abgasleitung 312 weist eine Längserstreckung 314 auf, entlang welcher die Abgase leitbar sind, und die im Ausführungsbeispiel anschließend an den Abgaskrümmer 303 beginnt und am Übergang der Zuführung 313 zum motornahen Katalysator 311 - im Abgasstrom vor einem Katalysator-Eintrittstrichter 316.
Zudem weist die Abgasleitung 312 einen Leitungsquerschnitt 318 auf, der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung 314 verläuft. Um den Leitungsquerschnitt 318 herum angeordnet ist ein Leitungsmantel 320 mit einer Mantelwand 321 zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts 318 in Umfangsrichtung des Leitungsquerschnitts 318.
Der Leitungsmantel 320 weist im Ausführungsbeispiel eine Mantelheizung 322 auf, die in der Mantelwand 321 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel ist die Mantelheizung 322 ausgebildet an der Zuführung 313 zum motornahen Katalysator 311.
Wie in verschiedenen Anwendungsfällen des Ausführungsbeispiels die Mantelheizung 322 vorteilhaft aufgebaut sein kann, ist insbesondere in 5 dargestellt und in der zugehörigen Beschreibung ausgeführt.
Mit der Mantelheizung 322 kann das nachfolgend beschriebene beispielhafte Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage 308 mittels einer Abgasanlagen-Steuerung 331, ggf. verbunden mit einer Motorsteuerung 332 und/oder einer Fahrzeugsteuerung 333, durchgeführt werden:

Die Abgase werden in der Abgasleitung 312 zum motornahen Katalysator 311 in Pfeilrichtung geführt.

Parallel wird ein Betriebszustand 2 des Kraftfahrzeugs ermittelt, der einen Rückschluss auf eine Temperatur der Abgase an der Abgasleitung 312 und/oder auf eine Temperatur einer Innenoberfläche 323 des Leitungsmantels 320 zulässt - und damit eine Antwort auf die Frage ermöglicht, ob ein Kaltstart-Betriebszustand vorliegt.
Dazu können beispielsweise die relevanten Temperaturen - direkt mittels Sensoren und/oder indirekt mittels eines Modells - ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können aber auch indirekte Parameter dazu herangezogen werden, ein Kaltstart-Betriebszustand zu ermitteln: beispielsweise kann ein Kaltstart angenommen werden, wenn die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird. Alternativ kann die Heizung auch mittels einer Fernbedienung manuell oder automatisch aktiviert werden.
Zur Ermittlung der jeweiligen Ausprägung eines dieser Parameter kann je nach Steuerungsstruktur eine Abgasanlage-Steuerung 331, eine Motorsteuerung 332 und/oder eine Fahrzeugsteuerung 333, jeweils gegebenenfalls unter Rückgriff auf Sensorwerte und/oder Betriebsmodelle, herangezogen werden. Sensorwerte können beispielsweise herangezogen werden von einem Abgastemperatursensor 334 und/oder einem Manteltemperatursensor 336.
In jedem Fall wird die Mantelheizung 322 zugeschaltet, wenn ein Kaltstart-Betriebszustand mit einer der vorgenannten Methoden ermittelt wird.
Durch die Erwärmung der Innenoberfläche 323 mittels der Mantelheizung 322 wird die Wärmeabgabe des Abgases an die strömungsführenden Oberfläche 323 in der Abgasleitung 312 zunächst reduziert und nach voller Aufheizung ggf. sogar unterbunden.
Da die Wärmeabgabe an die Oberfläche 323 verhindert werden kann, kann der motornahe Katalysator 311 weiter stromab positioniert werden, was gut für das Alterungsverhalten des Katalysators ist.
Zur Schonung des motornahen Katalysators 311 und/oder zur Minimierung des Energieverbrauchs wird die Mantelheizung 322 entweder nach Ablauf einer vorbestimmten Heizungsdauer (beispielsweise 2 oder 5 oder 10 oder 20 oder 30 Sekunden) oder, wenn kein Kaltstart-Betriebszustand mehr ermittelt wird, abgeschaltet.
4 zeigt das Detail I aus 1 und damit einen Abschnitt der Abgasleitung 112 am stromabwärtigen Übergang zu dem motornahen Katalysator 111. Die Abgase durchströmen diesen Abschnitt der Abgasleitung 112 in Richtung des eingetragenen Pfeils.
Der Leitungsquerschnitt 118 wird von dem Leitungsmantel 120 abgegrenzt, wobei der Leitungsmantel 120 sich über einen Katalysator-Eintrittstrichter 116 (hier der Einfachheit halber nicht als Trichter dargestellt) erstreckt, um diesen mitheizen zu können.
Die Mantelwand 121 des Leitungsmantels 120 weist radial außen eine äußere Mantelwand 10 auf. Radial innerhalb davon ist eine, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als elektrische Heizmatte ausgebildet ist, angeordnet. Wiederum radial innerhalb davon ist eine innere Mantelwand 14 zum Schutz der Heizeinrichtung 12 vor den Abgasen angeordnet.
Diese radiale Anordnung erstreckt sich im Bereich der Zuführung 113 und im Bereich des Eintrittsrichters 116.
Mit der gleichen radialen Anordnung lassen sich aber auch die Abgasanlagen 208 bzw. 308 gemäß 2 bzw. 3 betreiben, wenn die radiale Erstreckung nicht den Eintrittstrichter 216 bzw. 316 beinhaltet.
In 5 zeigt für jedes der Ausführungsbeispiele von 5a bis 5m jeweils das Detail II aus 2 bzw. das Detail III aus 3 und damit einen Abschnitt der Abgasleitung 212 bzw. 312 am stromabwärtigen Übergang zu dem motornahen Katalysator 211 bzw. 311, wobei in jedem der Ausführungsbeispiel eine andere vorteilhafte Konfiguration dargestellt ist.
Dabei wird jeweils der Leitungsquerschnitt 218 bzw. 318 von dem Leitungsmantel 220 bzw. 320 abgegrenzt.
Mit den radialen Anordnungen gemäß der 5a bis 5m lässt sich aber selbstverständlich auch die Abgasanlage 108 gemäß 1 betreiben.
Für jedes der Ausführungsbeispiele von 5 a bis 5 m ist nachfolgend die radiale Konfiguration der einzelnen Schichten der Mantelwand 221 bzw. 321 des Leitungsmantels 220 bzw. 320 dargestellt und erläutert.
In 5a weist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 radial außen eine äußere Mantelwand 10 auf. Radial innerhalb davon ist eine, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel als elektrische Heizmatte ausgebildet ist, angeordnet.
Die, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 und die äußere Mantelwand 10 sind dabei zur thermischen Entkopplung der äußeren Mantelwand 10 von der Heizeinrichtung 12 durch eine als Luftspalt oder Gaspolster ausgebildete Isolierschicht 16 radial getrennt.
Wiederum radial innerhalb davon ist eine innere Mantelwand 14 zum Schutz der Heizeinrichtung 12 vor den Abgasen angeordnet.
In 5b ist die Isolierschicht 18 radial analog wie die Isolierschicht 16 bei 5a angeordnet, allerdings mit einem festen Isoliermaterial wie einer Steinwollmatte ausgebildet, um eine verbesserte thermische Entkopplung zu gewährleisten.
In 5c weist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 an der gleichen radial Position anstatt einer Isolierschicht einen Wärmespeicher 20 als zusätzlichen Bestandteil der Mantelheizung 222 bzw. 322 auf. So muss die, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 nur zugeschaltet werden, wenn ein Latentwärmespeicher des Wärmespeichers 20 nicht genügend Heizleistung für die vorliegende Betriebssituation aufbringen kann.
In 5d ist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 wie in 5c ausgebildet, abgesehen davon, dass zwischen dem Wärmespeicher 20 und der äußeren Mantelwand 10 eine als Luftspalt bzw. Gaspolster ausgebildete Isolierschicht 16 angeordnet ist, um den Wärmespeicher 20 thermisch von der äußeren Mantelwand 10 zu entkoppein.
In 5e ist die Isolierschicht 18 mit einem Isoliermaterial ausgebildet, um die thermische Entkopplung zu verbessern, bei ansonsten analogem Aufbau zu 5d.
In 5f sind - verglichen mit 5 d - die radialen Positionen der, insbesondere elektrischen, Heizeinrichtung 12 und des Wärmespeichers 20 vertauscht, so das der Wärmespeicher 20 radial innerhalb der Heizeinrichtung 12 angeordnet ist. So kann der Wärmespeicher 20 zunächst besser die gespeicherte Hitze an die Innenoberfläche 23 bzw. 323 der inneren Mantelwand 14 abgeben.
Der Leitungsmantel 220 bzw. 320 gemäß 5g unterscheidet sich von demjenigen gemäß 5f dadurch, dass die Isolierschicht 18 mit einem Isoliermaterial ausgebildet ist, um die thermische Entkopplung zu verbessern.
Die Leitungsmantel 220 bzw. 320 der 5h bis 5m haben gemeinsam, dass im Bereich der Abgasleitung 212 bzw. 312 keine innere Mantelwand 14 verbaut ist. Stattdessen ist die radial innerste Komponente des Leitungsmantels 220 bzw. 320 jeweils die, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12. Für eine derartige Konfiguration muss die, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 so ausgebildet sein, dass schädliche - beispielsweise korrosive - Einflüsse der heißen Abgase weder die Heizeinrichtung 12 selbst schädigen können, noch durch diese hindurch beispielsweise eine Isolierschicht 16 oder 18 oder einen Wärmespeicher 20 schädigen können. Dafür kommen beispielsweise ausreichend temperaturfeste Metallrohre mit an der Außenseite thermisch verbundenen, elektrisch isolierten Heizdrähten infrage.
In 5h weist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 der außerhalb der Heizeinrichtung 10 eine als Luftspalt oder Gaspolster ausgebildete Isolierschicht 16 und außerhalb davon eine äußere Mantelwand 10 auf.
In 5k ist - verglichen mit 5h - statt einer Isolierschicht 16 eine Isolierschicht 18 mit einem Isoliermaterial angeordnet.
In 5l weist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 radial zwischen der, insbesondere elektrischen, Heizeinrichtung 12 und der äußeren Mantelwand 10 einen Wärmespeicher 20 auf.
In 5m weist der Leitungsmantel 220 bzw. 320 lediglich eine, insbesondere elektrische, Heizeinrichtung 12 und radial außerhalb davon eine äußere Mantelwand 10 auf.
Natürlich sind auch andere Kombinationen und Anordnungen, die wenigstens einen der genannten Vorteile realisieren in weiteren beispielhaften Ausführungen vorgesehen. Insbesondere kann jede der radialen Schichtanordnungen der 4 und 5a-5m (und ggf. auch jede andere vorteilhafte Schichtanordnung) in jeder Anordnung 100 (1) oder 200 (2) oder 300 (3) oder 600 (6) verwendet werden.
Beispielsweise kann die Mantelheizung bei einer Abgasanlage gemäß 1 oder 2 oder 3 auch im Bereich des Abgaskrümmers die Abgas führenden Rohre ummanteln. Dabei kann eine Erstreckung bereits ausgehend von den Auslassventilen oder beispielsweise ab der Vereinigung der Abgasströme aus den verschiedenen Zylindern vorgesehen sein. Die radiale Anordnung der verschiedenen Schichten kann dabei gemäß 4 oder gemäß einer der 5a bis 5m ausgebildet sein.
Wenn - wie bei den Abgasanlagen gemäß 1 oder 2 - ein Abgasturbolader vorgesehen ist, kann die Mantelheizung dann bezüglich des Abgasstromes entweder vor und nach dem Turbolader oder zusätzlich um das Gehäuse des Turboladers angeordnet sein.
Beispielhaft ist dies in 6 dargestellt, die eine Anordnung 600 zeigt, welche sich von der Anordnung 200 gemäß 2 lediglich darin unterscheidet, dass der Leitungsmantel 620 mit der Mantelwand 621 und der Mantelheizung 622 nicht nur stromabwärts des Turboladers 204, sondern auch stromaufwärts des Turboladers 204 ausgebildet bzw. angeordnet ist, und im Ausführungsbeispiel auch einen stromabwärtigen Teil des Abgaskrümmers 203 radial umfängt.
Bezugszeichenliste

2: Betriebszustand
10: äußere Mantelwand
12: Heizeinrichtung
14: innere Mantelwand
16: gasförmige Isolierschicht
18: feste Isolierschicht
20: Wärmespeicher
100, 200, 300, 600: Anordnung
102, 202, 302: Brennkraftmaschine
103, 203, 303: Abgaskrümmer
104, 204: Abgasturbolader
106: Wastegate
107: Wastegatekanal
108, 208, 308: Abgasanlage
110, 210, 310: Abgasnachbehandlung
111, 211, 311,: motornaher Katalysator
112,212,312: Abgasleitung
113,213,313: Zuführung
114, 214, 314: Längserstreckung
115, 215: Turbinenaustrittsgehäuse
116, 216, 316: Katalysator-Eintrittstrichter
117, 217: Turbinengehäuse
118, 218, 318: Leitungsquerschnitt
120, 220, 320, 620: Leitungsmantel
121, 221, 321, 621: Mantelwand
122, 222, 322, 622: Mantelheizung
123, 223, 323: Innenoberfläche
131, 231, 331: Abgasanlagen-Steuerung
132, 232, 332: Motorsteuerung
133, 233, 333: Fahrzeugsteuerung
134, 234, 334: Abgastemperatursensor
136, 236, 336: Manteltemperatursensor

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 102018109570 A1 [0007]

Claims

Abgasleitung (112, 212, 312) zum Führen von Abgasen einer Brennkraftmaschine (102, 202, 302) eines Kraftfahrzeugs hin zu einer Abgasnachbehandlung (110, 210, 310) des Kraftfahrzeugs, aufweisend: - eine Längserstreckung (114, 214, 314), entlang welcher die Abgase leitbar sind, - einen Leitungsquerschnitt (118, 218, 318), der zur Führung der Abgase entlang der Längserstreckung verläuft, - einen Leitungsmantel (120, 220, 320, 620) mit einer Mantelwand (121, 221, 321, 621) zur Abgrenzung des Leitungsquerschnitts in Umfangsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsmantel zumindest in einem Teilbereich seiner Erstreckung in Längsrichtung und/ oder in Umfangsrichtung eine Mantelheizung (122, 222, 322, 622) aufweist.
Abgasleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelheizung eine elektrische Heizeinrichtung (12) und/oder eine Infrarotheizeinrichtung und/oder eine Induktionsheizeinrichtung aufweist.
Abgasleitung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelheizung einen Latentwärmespeicher (20) aufweist.
Abgasleitung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsmantel eine Isolierschicht (16, 18) aufweist, die radial außerhalb der Mantelheizung angeordnet ist.
Abgasleitung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mantelheizung in Längsrichtung über eine Verbindungsstelle zu einer Abgasnachbehandlungskomponente (111, 211, 311) hinaus erstreckt.
Abgasleitung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsmantel, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge radial von innen nach außen, folgende Mantelschichten aufweist, insbesondere wo die Mantelheizung ausgebildet ist: - eine elektrische und/oder infrarot-basierte und/oder induktive Heizungsschicht (12), und/oder - eine äußere Mantelwand (10).
Abgasleitung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsmantel zusätzlich folgende Mantelschicht(en) aufweist, insbesondere wo die Mantelheizung ausgebildet ist: - eine innere Mantelwand (14), und/oder - eine Wärmespeicherschicht (20), und/oder - eine Isolierschicht (16, 18).
Abgasanlage (108, 208, 308) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, aufweisend eine Abgasnachbehandlung (110, 210, 310), gekennzeichnet durch eine Abgasleitung (112, 212, 312) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Abgasanlage gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasleitung zwischen einem Auslassventil und/oder einem Abgaskrümmer (103, 203, 303) und/oder einem Turbinengehäuse (117, 217) eines Abgasturboladers (104, 204) einerseits und einer Abgasnachbehandlungskomponente (111, 211, 311) andererseits angeordnet ist.
Abgasanlage gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelheizung (122, 222, 322, 622) ausgebildet ist an - einer Zuführungsleitung (113, 213, 313) zum Katalysator, und/oder - einem Wastegatekanal (107), und/oder - einem Abgaskrümmer (103, 203, 303), und/oder -einem Turbinenaustrittsgehäuse (115, 215) des Abgasturboladers, und/oder - einem Katalysatoreintrittstrichter (116, 216, 316).
Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (108, 208, 308) eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, aufweisend zumindest die Schritte: - Führen von Abgasen in einer Abgasleitung (112, 212, 312) der Abgasanlage hin zu einer Abgasnachbehandlung (110, 210, 310) der Abgasanlage, - Ermitteln eines Betriebszustands (2) des Kraftfahrzeugs und/oder eines Betriebszustands der Abgasnachbehandlung und/oder wenigstens einer Temperatur eines Leitungsmantels der Abgasleitung und/oder in der Abgasanlage und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage und/oder der Abgase, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt: - Schalten einer Mantelheizung (122, 222, 322, 622) der Abgasleitung in Abhängigkeit von wenigstens einem ermittelten Betriebszustand (2) und/oder von wenigstens einer ermittelten Temperatur.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelheizung zugeschaltet wird, wenn - der ermittelte Betriebszustand (2) ein Kaltstart-Betriebszustand ist, und/oder - die ermittelte Temperatur des Leitungsmantels kleiner ist als ein Manteltemperaturschwellenwert, und/oder - die ermittelte Temperatur der Abgase größer ist als ein Abgastemperaturschwellenwert.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelheizung durch eine Fernbedienung aktiviert oder zugeschaltet wird, wenn - die Zündung des Fahrzeugs aktiviert wird, und/oder - die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs gestartet wird, und/oder - eine Tür des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, entriegelt und/oder geöffnet wird, und/oder - eine Sitzbelegungserkennung des Fahrzeugs eine Belegung des Fahrersitzes erkennt, und/oder - ein Rückhaltegurt, insbesondere am Fahrersitz, anlegt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst ein Latentwärmespeicher (20) der Mantelheizung aktiviert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Heizeinrichtung (12) der Mantelheizung erst aktiviert wird, wenn bzw. sobald ermittelt wird, dass eine Wärmeabgabe des Latentwärmespeichers nicht bzw. nicht mehr ausreicht, um die Temperatur des Leitungsmantels auf den Manteltemperaturschwellenwert zu bringen.