DE102021128553B3 - Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), mit einem Abgasstrang (3), über welchen Abgase (4) der Brennkraftmaschine (1) ableitbar sind und mit einem in dem Abgasstrang (3) angeordneten Katalysator (6).Um dabei Schadstoffemissionen, insbesondere in einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine (1), reduzieren zu können, ist in dem Abgasstrang (3) stromab des Katalysators (6) ein Temperatursensor (8) angeordnet, wobei eine den Katalysator (6) umgehende Bypassleitung (9) mit einem Kondensatsammelbehälter (10) vorgesehen ist, die stromab des Katalysators (6) über ein Abscheideventil (11) und stromauf des Katalysators (6) über ein Verdampferventil (12) mit dem Abgasstrang (3) verbunden ist, und wobei eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, die mit dem Temperatursensor (8), dem Abscheideventil (11) und dem Verdampferventil (12) kommunizierend verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie das Abscheideventil (11) und/oder das Verdampferventil (12) temperaturabhängig ansteuert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang über welchen Abgase der Brennkraftmaschine ableitbar sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.
  • Aus der DE 10 2017 100 217 A1 ist eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführungsanlage bekannt. Die Abgasrückführungsanlage umfasst dabei einen Abgasstrang sowie eine Abgasrückführleitung, über welche ein Teil der Abgase innerhalb der Abgasleitung zum Einlass der Brennkraftmaschine rückführbar sind. Darüber hinaus ist wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einem Katalysator vorgesehen, über welche eine Entfernung von Verunreinigungen aus den rückgeführten Abgasen ermöglicht wird.
  • Aus der EP 3 161 284 B1 ist ein Abgassystem zur Rückgewinnung von Abwärme aus einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Fördereinrichtung zum Fördern eines Abgasstroms und einer damit verbundenen Wärmekraftmaschine zur Rückgewinnung von Wärme aus dem Abgasstrom. Die Wärmekraftmaschine wiederum umfasst einen Arbeitsmittelkreislauf zum Antrieb derselben.
  • Aus der WO 2016/055413 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Kühler zur Kondensation von Abgas bekannt. Ebenfalls umfasst das Kraftfahrzeug eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Brennkammer und einem Abgasstrang zum Abführen von Abgas aus der mindestens einen Brennkammer. Der Kühler ermöglicht eine Bildung von Kondensat aus dem Abgas und ist mit einem Sammelbehälter und einer Pumpe zum Fördern des Kondensats verbunden. Über zumindest einen einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeordneten Injektor kann ein druckbeaufschlagtes Einspritzen von aus dem Sammelbehälter gefördertem Kondensat in die Brennkammer erfolgen.
  • Aus der DE 10 2011 017 486 A1 ist ein Betriebsverfahren für einen Kraftfahrzeug-Dieselmotor mit einer Abgasreinigungsanlage, umfassend in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet einen Dreiwege-Katalysator und einen SCR-Katalysator bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird der Dieselmotor in einem ersten Betriebsbereich, in dem der SCR-Katalysator eine vorgebbare Mindesttemperatur unterschreitet und in einem zweiten Betriebsbereich, in welchem der SCR-Katalysator die vorgegebene Mindesttemperatur überschreitet, betrieben. Zur Einstellung eines Luft-Kraftstoffverhältnisses im ersten Betriebsbereich wird ein mit einer NOX-Konzentration des Abgases korrelierendes Ausgangssignal eines stromab des Dreiwege-Katalysators angeordneten Abgassensors herangezogen.
  • Aus der DE 10 2007 028 915 A1 ist wiederum ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, das als Komponenten ein Antriebsmittel eine Abgasanlage für Abgase und wenigstens eine Heizvorrichtung sowie einen Energiewandler aufweist. Das Verfahren umfasst dabei zumindest die folgenden Schritte: Abfassen einer Möglichkeit zur Energierückgewinnung, Aktivieren des wenigstens einen Energiewandlers, Zuführen der von dem wenigstens einen Energiewandler rückgewonnenen Energie zu der Heizvorrichtung, Betreiben der Heizvorrichtung und Erfassen eines Endes der Möglichkeit zur Energierückgewinnung.
  • Aus der DE 10 2017 102 430 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem zum Behandeln eines durch eine Kraftmaschine erzeugten Abgases bekannt, das einen Abgaskanal, wenigstens eine katalytische Abgasnachbehandlungskomponente und eine Wasserentfernungsvorrichtung umfasst, die mit dem Abgaskanal in Verbindung steht und die einen Anteil des Abgases empfängt.
  • Aus der US 2019 / 0 308 886 A1 ist ein Wasserneutralisationssystem bekannt, das eine erste Quelle von saurem Wasser und eine zweite Quelle von basischem Wasser aufweist.
  • Durch eine sich stetig verschärfende Abgasgesetzgebung sind auch Starttemperaturen bei Brennkraftmaschinen von weniger als -10°C als Standardumfang von Prüfbedingungen zu erwarten. Durch ebenfalls zunehmende Anforderungen an Abgasreinigungssysteme werden diese größer und schwerer, wodurch auch deren Wärmekapazität zunimmt. Daher ist einerseits ein Energieaufwand zum Aufheizen für ein entsprechendes, gutes Konvertierungsverhalten höher und andererseits ist auch eine Bauteiloberfläche zur Kondensatbildung größer. Um eine adäquate Abgasreinigung erreichen zu können, ist es zudem erforderlich, dass Schadstoffkomponenten gasförmig vorliegen. Da es durch eine Kondensatbildung zu ungewollten Speichereffekten kommt, die zusätzlich dem Aufheizverhalten entgegenstehen, stellt ein Kaltheiz- und Konvertierungsverhalten eine große Herausforderung dar. Insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine entstehen dabei Roh-Emissionen, die aufgrund des noch kalten Katalysators weniger gut konvertiert werden können.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch reduzierte HC- und NOX-Emissionen auszeichnet.
  • Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Kondensatbildung gezielt zu nutzen, um einen Abgasmassenstrom temporär zu reduzieren und auch kondensatfähige Stoffe, insbesondere HC (Kohlenwasserstoffe) und NOX (Stickoxide), in einem Kondensatsammelbehälter zwischen zu speichern, bis ein Katalysator seine Arbeitstemperatur erreicht hat und dadurch in der Lage ist, die abgeschiedenen und gesammelten Schadstoffe umzuwandeln. Dabei werden flüssige bzw. tropfbare Anteile an kondensatfähigen Stoffen zunächst abgeschieden und in Abhängigkeit einer vordefinierten Temperatur dem Katalysator bzw. generell einem Reinigungssystem wieder zugeführt. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine besitzt dabei in bekannter Weise einen Abgasstrang, über welchen Abgase der Brennkraftmaschine ableitbar sind. In dem Abgasstrang wiederum ist ebenfalls in bekannter Weise ein Katalysator zur Schadstoffumwandlung bzw. -neutralisierung angeordnet. Erfindungsgemäß ist nun in dem Abgasstrang stromab des Katalysators ein Temperatursensor angeordnet, wobei zugleich eine den Katalysator umgehende Bypassleistung mit einem Kondensatsammelbehälter vorgesehen ist, die stromab des Katalysators über ein Abscheideventil und stromauf des Katalysators über ein Verdampferventil mit dem Abgasstrang kommunizierend verbunden ist. Der Kondensatsammelbehälter wiederum ist direkt oder indirekt wärmeübertragend mit dem Abgasstrang verbunden, wodurch es möglich ist, das in dem Kondensatsammelbehälter gesammelte Kondensat durch die durch den Abgasstrang strömenden Abgase aufzuheizen. Weiter erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Steuereinrichtung, die mit dem Temperatursensor, dem Abscheideventil und dem Verdampferventil kommunizierend verbunden und zugleich derart ausgebildet ist, dass sie das Abscheideventil und/oder das Verdampferventil temperaturabhängig ansteuert, das heißt öffnet oder schließt. Die vorliegende Erfindung bietet dabei den großen Vorteil, dass bei einer zunächst kalten Brennkraftmaschine, insbesondere in einer Kaltstartphase, und einem dabei noch unterhalb seiner Arbeitstemperatur liegenden Katalysator, Schadstoffe im Kondensat gebunden und mit dem Kondensat in den Kondensatsammelbehälter abgeschieden werden, wobei hierzu das Abscheideventil mittels der Steuereinrichtung geöffnet wird, sofern der Katalysator beispielsweise seine Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat. Solange fließen also das Kondensat und die darin gebundenen Schadstoffe in den Kondensatsammelbehälter und werden dort gespeichert. Bei einem weiter andauernden Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Katalysator zunehmend erhitzt und erreicht seine Arbeitstemperatur, woraufhin dann die Steuereinrichtung das Abscheideventil schließen und das Verdampferventil öffnen kann, wodurch das im Kondensatsammelbehälter angesammelte Kondensat zusammen mit den darin gebundenen Schadstoffen wieder stromauf des Katalysators in den Abgasstrang rück- und damit dem Katalysator zugeführt und dort behandelt werden kann. Hierdurch ist es möglich, eine HC- und NOX-Emission deutlich zu reduzieren.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist im Abgasstrang stromab des Katalysators eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Partikelfilter, angeordnet. Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist somit nicht nur eine Umwandlung von Schadstoffen im Katalysator, sondern zugleich auch eine Filtration des Abgases über die Filtereinrichtung möglich, wodurch eine nochmals verbesserte Abgasreinigung ermöglicht wird. Der Temperatursensor ist in diesem Fall vorzugsweise stromab der Filtereinrichtung angeordnet.
  • Zweckmäßig ist der Kondensatsammelbehälter wärmeübertragend mit der Filtereinrichtung, insbesondere über ein Wärmeleitmaterial, verbunden oder in diese eingebaut. Hierdurch ist ein passives Beheizen des Kondensatsammelbehälters und damit auch ein passives Erhitzen/Verdampfen des darin gespeicherten Kondensats durch die Filtereinrichtung möglich. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass der Kondensatsammelbehälter wärmeübertragend mit dem Katalysator, insbesondere über ein Wärmeleitmaterial, verbunden oder in diesen eingebaut ist. Durch eine möglichst großflächige wärmeübertragende Verbindung des Kondensatsammelbehälters mit dem Katalysator bzw. der Filtereinrichtung ist eine indirekte wärmeübertragende Verbindung mit dem Abgasstrang und damit eine passive Beheizung des Kondensats im Kondensatsammelbehälter ohne weitere Heizeinrichtung möglich. Hierdurch lässt sich die Reduzierung der Schadstoffemissionen durch Einsatz von ohnehin im Abgasstrang vorhandener Wärmeenergie ermöglichen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist eine Heizeinrichtung zum aktiven Beheizen des Kondensatsammelbehälters bzw. des Kondensats im Kondensatsammelbehälter vorgesehen. Eine derartige Heizeinrichtung, beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung, ermöglicht ein Aufheizen des im Kondensatsammelbehälters gesammelten Kondensats unabhängig von der Temperatur im Abgasstrang, wodurch ein früheres Rückführen des Kondensats aus dem Kondensatsammelbehälter in den Abgasstrang und damit eine frühere Nachbehandlung der im Kondensat gebundenen Schadstoffe durch den Katalysator möglich sind. In einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine kann beispielsweise der Katalysator bereits seine Arbeitstemperatur erreicht haben, noch bevor das im Kondensatsammelbehälter gesammelte Kondensat aufgrund der vom Abgasstrang übertragenen Wärme soweit erhitzt ist, dass ein Verdampfen des Kondensats im Kondensatsammelbehälter und damit ein Rückführen möglich ist. Durch die optional vorgesehene Heizeinrichtung kann ein aktives Beheizen/Verdampfen des Kondensats und somit ein früheres Rückführen ermöglicht werden. Die Heizeinrichtung ermöglicht zudem rein theoretisch auch eine Anordnung des Kondensatsammelbehälters separat zum Abgasstrang und damit auch separat zum Katalysator, wodurch zusätzliche Freiheitsgrade bezüglich einer Anordnung erreicht werden können.
  • Zweckmäßig zweigt die Bypassleitung an einer tiefsten Stelle des Abgasstrangs aus diesem ab. Hierdurch ist ein vorzugsweise vollständiges Abführen von Kondensat und damit auch ein nahezu vollständiges Abführen von in dem Kondensat gebundenen Schadstoffen in den Kondensatsammelbehälter, insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine, bei welcher der Temperatursensor eine noch nicht ausreichende Temperatur im Abgasstrang und damit eine noch nicht ausreichende Arbeitstemperatur des Katalysators ermittelt hat.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist ein Wasserreservoir vorgesehen, welches mit dem Kondensatsammelbehälter verbunden ist. Über ein derartiges Wasserreservoir kann beispielsweise Wasser über das Abscheideventil bei gleichzeitig geschlossenem Verdampferventil dem Abgasstrang zugeführt und dieser dadurch gekühlt werden. Hierdurch kann eine Bauteilschutzfunktion zumindest temporär unterstützt werden.
  • Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einer in den vorherigen Absätzen beschriebenen Brennkraftmaschine auszustatten und dadurch Kraftfahrzeuge mit deutlich verbesserten Emissionsverhalten, insbesondere während der Kaltstartphase, bereitzustellen.
  • Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Verfahren zum Betreiben der in den vorherigen Absätzen beschriebenen Brennkraftmaschine anzugeben, bei welchem die Steuereinrichtung das Abscheideventil öffnet und das Verdampferventil schließt, sofern am Temperatursensor ein vordefinierter Temperaturgrenzwert unterschritten wird und bei dem die Steuereinrichtung das Abscheideventil schließt und das Verdampferventil öffnet, sofern am Temperatursensor ein vordefinierter Temperaturgrenzwert erreicht oder überschritten wird. Hierdurch ist es möglich, insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine im Abgasstrang anfallendes Kondensat und damit auch darin gebundene Schadstoffe an einem Austritt in die Umgebung zu hindern und durch ein Öffnen des Abscheideventils der Bypassleitung sowie dem darin angeordneten Kondensatsammelbehälter zuzuführen und dort zwischen zu speichern, bis beispielsweise der Katalysator oder generell eine Abgasnachbehandlungseinrichtung seine/ihre Arbeitstemperatur erreicht hat, was über die mittels des Temperatursensors ermittelte Temperatur stromab des Katalysators erfassbar ist. Zum Öffnen und Schließen des Abscheideventils bzw. des Verdampferventils wird dabei der zuvor genannte Temperaturgrenzwert festgelegt, welcher das Erreichen der Arbeitstemperatur des Katalysators anzeigt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es somit möglich, bei einer zunächst noch nicht ausreichenden Arbeitstemperatur des Katalysators Schadstoffe stromab des Katalysators in dem Kondensat zu binden und dieses Kondensat im Kondensatsammelbehälter zu speichern, bis der Katalysator seine Arbeitstemperatur erreicht und dadurch eine Umwandlung der Schadstoffe, beispielsweise HC und NOX ermöglicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein unerwünschter Austritt von Schadstoffen in die Umgebung während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine zumindest reduziert werden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Dabei zeigen, jeweils schematisch,
    • 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine,
    • 2 einen Emissionsausstoß über die Zeit bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und ohne.
  • Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs 2, insbesondere eines Personenkraftwagens, sein kann, einen Abgasstrang 3 auf, über welchen Abgase 4 der Brennkraftmaschine 1 ableitbar sind.
  • In dem Abgasstrang 3 ist eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 in der Art eines Katalysators 6 angeordnet, über welchen Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC) oder Stickoxide (NOX) neutralisiert werden können. Stromab des Katalysators 6 und im vorliegenden Fall sogar noch stromab einer optional vorgesehenen Filtereinrichtung 7 ist in dem Abgasstrang 3 ein Temperatursensor 8 angeordnet, über welchen die Temperatur des Abgases 4 stromab des Katalysators 6 erfassbar ist. Im Folgenden soll der Begriff „Katalysator 6“ generell für eine „Abgasnachbehandlungseinrichtung 5“ verwendet werden können.
  • Weiter vorgesehen ist eine den Katalysator 6 und im vorliegenden Fall sogar auch die Filtereinrichtung 7 umgehende Bypassleitung 9 mit einem Kondensatsammelbehälter 10, wobei die Bypassleitung 9 stromab des Katalysators 6 und im vorliegenden Fall sogar stromab der Filtereinrichtung 7 über ein Abscheideventil 11 und stromauf des Katalysators 6 bzw. generell der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 über ein Verdampferventil 12 mit dem Abgasstrang 3 verbunden ist. Der Kondensatsammelbehälter 10 ist dabei direkt oder indirekt wärmeübertragend mit dem Abgasstrang 3 verbunden, gemäß der 1 wärmeübertragend mit der Filtereinrichtung 7 und über diese mit dem Abgasstrang 3. In dem Kondensatsammelbehälter 10 kann insbesondere während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 1 im Abgasstrang 3 entstehendes Kondensat gesammelt werden, wobei in diesem Kondensat zusätzlich noch Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und Stickoxide gebunden werden können, da diese während der Kaltstartphase aufgrund der vom Katalysator 6 noch nicht erreichten Arbeitstemperatur in diesem nicht umgewandelt werden. Des Weiteren vorgesehen ist eine Steuereinrichtung 13, die mit dem Temperatursensor 8, dem Abscheideventil 11 und dem Verdampferventil 12 kommunizierend verbunden und zugleich derart ausgebildet ist, dass sie das Abscheideventil 11 und/oder das Verdampferventil 12 temperaturabhängig ansteuert, das heißt öffnet oder schließt.
  • Während einer Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 1, bei welcher der Katalysator 6 seine Arbeitstemperatur noch nicht erreicht hat, erfasst somit der Temperatursensor 8 eine Abgastemperatur, die beispielsweise unterhalb eines vordefinierten Temperaturgrenzwertes 14 (vgl. 2) liegt, so dass die Steuereinrichtung 13 das Abscheideventil 11 öffnet und das Verdampferventil 12 schließt, wodurch im Abgasstrang 3 stromab des Katalysators 6 und optional stromab der Filtereinrichtung 7 anfallendes Kondensat über die Bypassleitung 9 in den Kondensatsammelbehälter 10 abgeführt werden kann. Der Temperaturgrenzwert 14 liegt üblicherweise oberhalb einer Arbeitstemperatur 19 des Katalysators 6. Dabei werden jedoch nicht nur das Kondensat, sondern auch die darin gebundenen Schadstoffe an einem Austreten in die Umgebung gehindert und dem Kondensatsammelbehälter 10 zugeführt. Im weiteren Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 steigt die Temperatur im Abgasstrang 3 aufgrund der Abgase 4 weiter an, wobei bei einem Erreichen des Temperaturgrenzwertes 14 die Steuereinrichtung 13 das Abscheideventil 11 schließt und das Verdampferventil 12 öffnet, wodurch bei einer entsprechenden Erhitzung des Kondensats im Kondensatsammelbehälter 10 dieses verdampft und dem Abgasstrang 3 stromauf des Katalysators 6 wieder zugeführt werden kann. Hierdurch werden die im Kondensat gebundenen Schadstoffe dem Katalysator 6 erneut zugeführt und von diesem nun neutralisiert, wodurch insgesamt ein deutlich verbessertes Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine 1 ermöglicht wird.
  • Um dabei eine möglichst energiearme Beheizung des Kondensats im Kondensatsammelbehälter 10 erreichen zu können, kann der Kondensatsammelbehälter 10 wärmeübertragend mit der Filtereinrichtung 7 (vgl. 1), insbesondere über ein Wärmeleitmaterial 15, verbunden oder sogar in die Filtereinrichtung 7 eingebaut sein. Zusätzlich oder alternativ ist auch denkbar, dass der Kondensatsammelbehälter 10 wärmeübertragend mit dem Katalysator 6, insbesondere über eine Wärmeleitmaterial 15, verbunden oder in diesen eingebaut ist. Auch eine direkte Kopplung des Kondensatsammelbehälters 10 mit dem Abgasstrang 3 ist denkbar.
  • Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass die Bypassleitung 9 an einer tiefsten Stelle 16 des Abgasstranges 3 aus diesem abzweigt, wodurch ein zuverlässiges Ableiten des Kondensats aus dem Abgasstrang 3, insbesondere während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine 1, gewährleistet werden kann. Weiter vorgesehen sein kann ein Wasserreservoir 17, welches mit dem Kondensatsammelbehälter 10 verbunden ist, wodurch es ermöglicht wird, bei hohen Temperaturen den Kondensatsammelbehälter 10 zusätzlich mit dem Wasser aus dem Wasserreservoir 17 aufzufüllen und anschließend Dampf durch das geöffnete Abscheideventil 11 bei gleichzeitig geschlossenem Verdampfungsventil 12 in den Abgasstrang 3 auszuleiten und diesen zu kühlen. Hierdurch kann eine Bauteilschutzfunktion zumindest temporär unterstützt werden.
  • Ebenfalls vorgesehen sein kann eine Heizeinrichtung 18, über welche ein aktives Beheizen des Kondensatsammelbehälters 10 und damit des darin angeordneten bzw. gesammelten Kondensats möglich ist. Hierdurch kann ein schnelleres Verdampfen des Kondensats im Kondensatsammelbehälter 10 und damit auch ein schnelleres Rückführen in den Abgasstrang 3 erreicht werden, da der Katalysator 6 üblicherweise deutlich früher seine Arbeitstemperatur erreicht, als ein Verdampfen des Kondensats im Kondensatsammelbehälter 10 erfolgt. Zum Verdampfen des Kondensats im Kondensatsammelbehälter 10 muss dieses erst erhitzt werden, was aufgrund der Wärmeübertragung vom Katalysator 6 üblicherweise erst gewisse Zeit nach dem Erreichen der Arbeitstemperatur des Katalysators 6 erfolgt.
  • Betrachtet man noch das Diagramm in 2, so kann man erkennen, dass der Temperaturgrenzwert 14, bei welchem die Steuereinrichtung 13 das Abscheideventil 11 schließt und das Verdampferventil 12 öffnet, oberhalb einer Arbeitstemperatur 19 des Katalysators 6 liegt, wodurch bei einem Schließen des Abscheideventils 11 und dem Öffnen des Verdampferventils 12 zuverlässig gewährleistet werden kann, dass der Katalysator 6 seine Arbeitstemperatur 19 erreicht hat und dadurch eine Umwandlung der Schadstoffe bzw. eine Neutralisierung der Schadstoffe ermöglicht. In 2 ist mit dem Bezugszeichen 20 eine Temperaturkurve, mit dem Bezugszeichen 21 eine Schadstoffkurve bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und mit dem Bezugszeichen 22 eine Schadstoffkurve ohne das erfindungsgemäße Verfahren bezeichnet.
  • Betrachtet man die 2 weiter, so kann man erkennen, dass im Zeitpunkt t0 beim Start der Brennkraftmaschine 1 die Emissionen an Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOX) zunächst nahezu identisch verlaufen bis zum Zeitpunkt t1. Ab diesem Zeitpunkt t1 verläuft die Emissionskurve 21 entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich unterhalb der Emissionskurve 22, welche den Betrieb einer Brennkraftmaschine ohne das erfindungsgemäße Verfahren darstellt. Zum Zeitpunkt t2 nähern sich die beiden Kurven 21 und 22 wieder an.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 ist es somit möglich, eine Schadstoffemission der Brennkraftmaschine 1 insbesondere während einer Kaltstartphase deutlich zu reduzieren und damit insgesamt eine Emission der Brennkraftmaschine 1 zu minimieren.

Claims (10)

  1. Brennkraftmaschine (1), - mit einem Abgasstrang (3), über welchen Abgase (4) der Brennkraftmaschine (1) ableitbar sind, - mit einem in dem Abgasstrang (3) angeordneten Katalysator (6), dadurch gekennzeichnet, - dass stromab des Katalysators (6) ein Temperatursensor (8) in dem Abgasstrang (3) angeordnet ist, - dass eine den Katalysator (6) umgehende Bypassleitung (9) mit einem Kondensatsammelbehälter (10) vorgesehen ist, die stromab des Katalysators (6) über ein Abscheideventil (11) und stromauf des Katalysators (6) über ein Verdampferventil (12) mit dem Abgasstrang (3) verbunden ist, - dass der Kondensatsammelbehälter (11) direkt oder indirekt wärmeübertragend mit dem Abgasstrang (3) verbunden ist, - dass eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, die mit dem Temperatursensor (8), dem Abscheideventil (11) und dem Verdampferventil (12) kommunizierend verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie das Abscheideventil (11) und/oder das Verdampferventil (12) temperaturabhängig ansteuert.
  2. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Abgasstrang (3) stromab des Katalysators (6) eine Filtereinrichtung (7) angeordnet ist.
  3. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (8) stromab der Filtereinrichtung (7) angeordnet ist.
  4. Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatsammelbehälter (10) wärmeübertragend mit der Filtereinrichtung (7) verbunden oder in diese eingebaut ist.
  5. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensatsammelbehälter (10) wärmeübertragend mit dem Katalysator (6) verbunden oder in diesen eingebaut ist.
  6. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizeinrichtung (18) zum aktiven Beheizen von Kondensat im Kondensatsammelbehälter (10) vorgesehen ist.
  7. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (9) an einer tiefsten Stelle (16) des Abgasstrangs (3) aus diesem abzweigt.
  8. Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserreservoir (17) vorgesehen ist, welches mit dem Kondensatsammelbehälter (10) verbunden ist.
  9. Kraftfahrzeug (2) mit einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Steuereinrichtung (13) das Abscheideventil (11) öffnet und das Verdampferventil (12) schließt, sofern am Temperatursensor (8) ein vordefinierter Temperaturgrenzwert (14) unterschritten wird, und die das Abscheideventil (11) schließt und das Verdampferventil (12) öffnet, sofern am Temperatursensor (8) der vordefinierte Temperaturgrenzwert (14) erreicht oder überschritten wird.
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