WO2009089827A1 - Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle - Google Patents

Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle Download PDF

Info

Publication number
WO2009089827A1
WO2009089827A1 PCT/DE2009/000043 DE2009000043W WO2009089827A1 WO 2009089827 A1 WO2009089827 A1 WO 2009089827A1 DE 2009000043 W DE2009000043 W DE 2009000043W WO 2009089827 A1 WO2009089827 A1 WO 2009089827A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
exhaust gas
cooling medium
gas heat
internal combustion
Prior art date
Application number
PCT/DE2009/000043
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Reinhold Bals
Original Assignee
Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr filed Critical Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr
Priority to EP09702501A priority Critical patent/EP2229512A1/en
Publication of WO2009089827A1 publication Critical patent/WO2009089827A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
    • F01N3/2889—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices with heat exchangers in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2046—Periodically cooling catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heat exchanger system for a motor vehicle or a stationary unit with the features mentioned in the preamble of claim 1 and an associated device with the features mentioned in the preamble of claim 9.
  • DE 195 37 801 A1 discloses a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust gas heat exchanger, in which a first fluid is heated.
  • the first fluid is passed through a secondary heat exchanger in which a second fluid is heated.
  • a fluid pump which is seen in the flow direction in front of the exhaust gas heat exchanger.
  • a control of the guided through the exhaust gas heat exchanger fluid In addition to the use of exhaust heat, a faster heating of the internal combustion engine or a faster start of the heating of the vehicle can take place.
  • the disadvantage here is the relatively high cost of using the heat energy of the exhaust gases through a second heat exchanger circuit, the control technology required for this and introduced in the field of exhaust gas sensor actuator (flaps).
  • DE 101 11 787 B4 describes an integrated heat and exhaust gas management unit consisting of a housing through which the exhaust gas flows, in which a catalytic converter for cleaning the exhaust gases and a unit for recovering the exhaust gas heat are arranged. Before flowing through the catalytic converter can be supplied to the exhaust gas flow, a hot gas stream for heating the catalyst during the cold start of the internal combustion engine. For this purpose, in an additional heater by fuel injection fuel is burned to obtain a desired exhaust gas temperature.
  • the integrated heat and exhaust management unit further includes a unit for recovering exhaust heat that both surrounds the catalytic converter and downstream therefrom Power connection is available to exchange for heat transfer to the heat-requiring areas of the vehicle exhaust heat with liquid heat.
  • the exhaust gas heat exchanger for recovering the exhaust gas heat is provided with an inlet and outlet for the required for indirect heat exchange with the exhaust gases cooling medium.
  • the integrated heat and exhaust management unit provides thermal energy to improve engine heating by heating engine oil for improved lubrication under cold start conditions to improve the durability of the engine. It works to reduce emissions under cold start conditions by accelerating catalyst perturbation as a result of rapid heating by the fuel injection heater and isolation of the catalytic converter by the exhaust heat recovery unit.
  • the unit can also improve the heating of the passenger compartment for increased comfort of the customer.
  • the disadvantage here is that during warming up of the internal combustion engine additionally fuel in a heater for generating additional thermal energy on the one hand for rapid heating of the catalyst and on the other hand for heating the cold cooling medium is needed.
  • additional energy is needed for the operation of a blower in order to be able to supply the heated gas to the exhaust gas stream.
  • the system is expensive by complex control devices.
  • the invention has for its object to provide a method and associated apparatus for operating a heat exchanger system for motor vehicles, with the / the disadvantages of the prior art can be eliminated and with the / a fast operating temperature of the catalyst and rapid heat recovery without additional energy input is achieved. In addition, an overheating of the heat exchanger system passing through the cooling medium should be avoided.
  • the device according to the invention is characterized in that before the exhaust gas heat exchanger, the supply line for the cooling medium via a first adjustable valve with a compressed air line and the discharge line for the cooling medium is connected to the exhaust gas heat exchanger via a second adjustable valve with an air line.
  • the exhaust gas heat exchanger is designed such that it consists in cross section of a plurality of over and juxtaposed heat exchanger tubes whose outer surface is formed as a catalytically active surface and is integrated into the catalyst.
  • the advantages of the solution according to the invention are that the thermal mass in the exhaust gas heat exchanger is reduced during the warm-up phase of the internal combustion engine from the cold start. Instead of the exhaust gas flowing through the exhaust gas heat exchanger cold cooling medium is in the warm-up phase in the heat exchanger tubes of the exhaust gas heat exchanger only a non-moving air flow. This ensures that the catalytic part of the heat exchanger system is heated faster and thus reaches its operating temperature faster. A heat dissipation through the cooling medium from the catalyst in the warm-up phase of the internal combustion engine is not carried out. An additional heater for heating the exhaust gases in the warm-up phase of the internal combustion engine, thereby quickly reaching the light-off temperature of the catalyst, is no longer necessary. The costs of heating and fuel consumption for operating ben the heating thus omitted.
  • the solution according to the invention is characterized by an uncomplicated structure, which can be well controlled even with simple known means.
  • Fig. 1 a schematic representation of a heat exchanger system for a
  • FIG. 3 shows a variant of a heat exchanger system for a motor vehicle
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the exhaust gas heat exchanger according to FIG. 3 in detail
  • Fig. 5 a cross section through the exhaust gas heat exchanger.
  • the known per se heat exchanger system for a motor vehicle consists of a guided via an internal combustion engine 12 and a radiator 16 main cooling circuit and a run on the internal combustion engine 12 and an engine oil cooler 14 subcooling circuit whose coolant temperature is monitored by a thermostat 15.
  • the cooling circuit is associated with an expansion tank 17 for the cooling medium 21.
  • To support the circulation of the cooling medium 21 and 22 are arranged in the cooling and the secondary circuit to be described coolant pump 13. About the coolant circuit and a vehicle heater 18 is also known manner operated.
  • an exhaust gas heat exchanger 1 is arranged, which is flowed through by the exhaust gases 2 of the internal combustion engine 12 and the via a supply line 5, a cooling medium 21 or 22 is supplied.
  • the supply line 5 is connected to the heat exchanger tubes 10 arranged side by side and one inside the exhaust gas heat exchanger 1.
  • the heat exchanger tubes 10 are combined in a discharge line 7 opening out from the exhaust gas heat exchanger 1.
  • the outer surfaces of the arranged inside the exhaust heat exchanger 1 heat exchanger tubes 10 are formed as catalytically active surfaces 20, which thus form a catalyst.
  • the catalytic surface 20 of the heat exchanger tubes 10 is formed ribbed.
  • the arrangement of the heat exchanger tubes 10 can be seen in FIG.
  • a valve 3 whose further connection is connected to a compressed-air line 4, is arranged in the exhaust gas heat exchanger 1 in the supply line 5 before the confluence of the supply line 5.
  • the compressed air line 4 communicates with a pressure accumulator of the motor vehicle.
  • a further valve 3 ' is angeodnet, which is connected to an air line 8, which opens into the surge tank 17.
  • the valves 3 and 3 ' are connected to each other via a bypass line 6, so that when a corresponding Chenden switching position of the valves 3 and 3 ', the cooling medium 21 or 22 is not passed through the exhaust gas heat exchanger 1.
  • FIG. 3 shows a variant of the coolant guide.
  • the heat exchanger 19 forms with the exhaust gas heat exchanger 1 a secondary circuit in which a cooling medium 22 circulates.
  • the exhaust gas heat exchanger 1 is supplied via the supply line 5 either a cooling medium 21 or the cooling medium 22.
  • the cooling medium 21 and 22 may be engine oil or a mixture of water with a high enthalpy of vaporization medium such as glycol, ammonia, ethanol, methanol, acetic acid or CO2.
  • the coolant 22, for example, ammonia in order to achieve a high heat recovery and allows the use of a known separate expansion machine.
  • the thermal mass of the cooling medium 21 or 22 flowing through the exhaust gas heat exchanger 1 is reduced.
  • the flow through the cooling medium 21 or 22 is interrupted by the arranged in the exhaust gas heat exchanger 1 heat exchanger tubes 10 through the valve 3.
  • a gas stream 23 is supplied to the heat exchanger tubes 10 via the valve 3, which displaces the cooling medium 21 or 22 from the heat exchanger tubes 10.
  • the gas stream 23 preferably corresponds to compressed air from the compressed air system of the motor vehicle.
  • the valves 3 and 3 ' are closed so that there is a non-moving amount of air in the heat exchanger tubes 10. It is thus achieved that the exhaust gases 2 of the internal combustion engine 12 rapidly heat the catalytic surface 20 of the heat exchanger tubes 10 so that they rapidly reach the light-off temperature for the catalytic purification of the exhaust gases 2.
  • the cooling medium 21 or 22, bypassing the exhaust gas heat recovery shear 1 are supplied from the supply line 5 via the bypass line 6 of the discharge line 7. It is also conceivable to interrupt the circulation of the coolant 21 or 22 by closing the valve 3.
  • the heat exchanger tubes 10 of the exhaust gas heat exchanger 1 are vented.
  • the valve 3 ' is adjusted so that the air can escape via the air line 8 and is vented in the expansion tank 17.
  • the valves 3 and 3 ' are then switched so that the cooling medium 21 or 22, the heat exchanger tubes 10 of the exhaust gas heat exchanger 1 flow through.
  • a medium 11 which is either a heat exchanger tubes 10 flowing through the cooling medium 21 or 22 or a non-moving amount of air.
  • the exhaust gases 2 are thus catalytically cleaned in the normal course of operation and there is a heat recovery.
  • the heat energy dissipated from the exhaust gas heat exchanger 1 by means of the cooling medium 21 or 22 is used to preheat the combustion air and / or to operate a separate expansion engine and / or to heat the vehicle 18.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and to an associated device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle. According to the invention, during the warm-up phase of the internal combustion engine and upon exceeding a maximum permissible coolant temperature the cooling medium present in the waste gas heat exchanger is displaced by a gas current from the waste gas heat exchanger, and that the gas remains in the waste gas heat exchanger during the warm-up phase until the light-off temperature of the catalyst has been reached and if the maximum permissible coolant temperature is exceeded until a permissible coolant temperature has been reached. After the light-off temperature of the catalyst has been reached, or after the maximum permissible coolant temperature is no longer met, the waste gas heat exchanger is vented and thereafter a cooling medium that is heated in the indirect heat exchange with the waste gases of the internal combustion engine is supplied to the waste gas heat exchanger.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Wärmetauschersystems für ein Kraftfahrzeug Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschersystems für ein Kraftfahrzeug oder ein Stationäraggregat mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen sowie eine dazugehörige Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 9 genannten Merkmalen.The invention relates to a method for operating a heat exchanger system for a motor vehicle or a stationary unit with the features mentioned in the preamble of claim 1 and an associated device with the features mentioned in the preamble of claim 9.
In der Kraftfahrzeugindustrie erhält die Reduzierung der Motoremissionen und die bessere Energieausnutzung bei gleichzeitig wachsenden Komfortbedürfnissen eine ständig größere Bedeutung. So ist aus der DE 195 37 801 A1 ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine und einem Abgaswärmetauscher vorgesehen, in dem ein erstes Fluid erwärmt wird. Das erste Fluid wird dabei durch einen Sekundärwärmetauscher geschickt, in dem ein zweites Fluid erwärmt wird. Zum Transportieren des ersten Fluids durch die beiden Wärmetauscher dient eine Fluidpumpe, die in Strömungsrichtung gesehen vor dem Abgaswärmetauscher liegt. Durch Strömungsklappen erfolgt eine Regelung des durch den Abgaswärmetauscher geleiteten Fluids. Neben der Abgaswärmenutzung kann ein schnelleres Aufheizen der Verbrennungskraftmaschine oder ein schnelleres Anspringen der Heizung des Fahrzeuges erfolgen. Nachteilig ist hierbei der verhältnismäßig hohe Aufwand zur Nutzung der Wärmeenergie der Abgase durch einen zweiten Wärmetauscherkreislauf, die dafür benötigte Regeltechnik und die im Bereich der Abgassensorik eingebrachte Aktuatorik (Klappen).In the automotive industry, the reduction of engine emissions and the better use of energy with simultaneously growing comfort needs is becoming increasingly important. Thus, DE 195 37 801 A1 discloses a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust gas heat exchanger, in which a first fluid is heated. The first fluid is passed through a secondary heat exchanger in which a second fluid is heated. For transporting the first fluid through the two heat exchangers serves a fluid pump, which is seen in the flow direction in front of the exhaust gas heat exchanger. Through flow flaps, a control of the guided through the exhaust gas heat exchanger fluid. In addition to the use of exhaust heat, a faster heating of the internal combustion engine or a faster start of the heating of the vehicle can take place. The disadvantage here is the relatively high cost of using the heat energy of the exhaust gases through a second heat exchanger circuit, the control technology required for this and introduced in the field of exhaust gas sensor actuator (flaps).
Die DE 101 11 787 B4 beschreibt eine integrierte Wärme- und Abgasmanagementeinheit bestehend aus einem vom Abgas durchströmten Gehäuse, in dem ein kataly- tischer Wandler zur Reinigung der Abgase und eine Einheit zur Rückgewinnung der Abgaswärme angeordnet sind. Vor dem Durchströmen des katalytischen Wandlers kann dem Abgasstrom ein Heißgasstrom zur Erwärmung des Katalysators während des Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Dazu wird in einem zusätzlichen Heizgerät durch Kraftstoffeinspritzung Kraftstoff verbrannt, um eine gewünschte Abgastemperatur zu erhalten. Die integrierte Wärme- und Abgasmanagementeinheit enthält ferner eine Einheit zur Rückgewinnung von Abgaswärme, die dem katalytischen Wandler sowohl umgibt, als auch mit diesem in stromabwärtiger Stromverbindung steht, um zur Übertragung zu Wärme benötigenden Bereichen des Fahrzeugs Abgaswärme mit Flüssigkeitswärme auszutauschen. Der Abgaswärmetauscher zur Rückgewinnung der Abgaswärme ist dabei mit einem Zu- und Ablauf für das zum indirekten Wärmeaustausch mit den Abgasen benötigte Kühlmedium versehen. Die integrierte Wärme- und Abgasmanagementeinheit liefert thermische Energie, um für eine verbesserte Schmierung unter Kaltstartbedingungen das Erwärmen des Motors durch Erhitzen von Motoröl zu verbessern, um die Haltbarkeit des Motors zu verbessern. Sie arbeitet, um Emissionen unter Kaltstartbedingungen zu reduzieren, indem ein Anspringen des Katalysators als Ergebnis einer schnellen Erwärmung durch das Heizgerät mit Kraftstoffeinspritzung und einer Isolierung des katalytischen Wandlers durch die Einheit zur Rückgewinnung von Abgaswärme beschleunigt wird. Die Einheit kann für einen erhöhten Komfort des Kunden auch das Erwärmen der Fahrgastzelle verbessern.DE 101 11 787 B4 describes an integrated heat and exhaust gas management unit consisting of a housing through which the exhaust gas flows, in which a catalytic converter for cleaning the exhaust gases and a unit for recovering the exhaust gas heat are arranged. Before flowing through the catalytic converter can be supplied to the exhaust gas flow, a hot gas stream for heating the catalyst during the cold start of the internal combustion engine. For this purpose, in an additional heater by fuel injection fuel is burned to obtain a desired exhaust gas temperature. The integrated heat and exhaust management unit further includes a unit for recovering exhaust heat that both surrounds the catalytic converter and downstream therefrom Power connection is available to exchange for heat transfer to the heat-requiring areas of the vehicle exhaust heat with liquid heat. The exhaust gas heat exchanger for recovering the exhaust gas heat is provided with an inlet and outlet for the required for indirect heat exchange with the exhaust gases cooling medium. The integrated heat and exhaust management unit provides thermal energy to improve engine heating by heating engine oil for improved lubrication under cold start conditions to improve the durability of the engine. It works to reduce emissions under cold start conditions by accelerating catalyst perturbation as a result of rapid heating by the fuel injection heater and isolation of the catalytic converter by the exhaust heat recovery unit. The unit can also improve the heating of the passenger compartment for increased comfort of the customer.
Nachteilig hierbei ist, dass während des Warmlaufens der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich in einem Heizgerät Kraftstoff zur Erzeugung von zusätzlicher thermischer Energie einerseits zur schnellen Erwärmung des Katalysators und andererseits zur Erwärmung des kalten Kühlmediums benötigt wird. Außerdem wird zusätzlich Energie für die Betreibung eines Gebläses benötigt, um das aufgeheizte Gas dem Abgasstrom zuführen zu können. Neben dem zusätzlichen Heizgerät wird die Anlage durch aufwendige Regelungseinrichtungen verteuert.The disadvantage here is that during warming up of the internal combustion engine additionally fuel in a heater for generating additional thermal energy on the one hand for rapid heating of the catalyst and on the other hand for heating the cold cooling medium is needed. In addition, additional energy is needed for the operation of a blower in order to be able to supply the heated gas to the exhaust gas stream. In addition to the additional heater, the system is expensive by complex control devices.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zum Betreiben eines Wärmetauschersystems für Kraftfahrzeuge zu schaffen, mit dem/der die Nachteile des Standes der Technik beseitigt werden können und mit dem/der eine schnelle Betriebstemperatur des Katalysators und eine schnelle Wärmerückgewinnung ohne zusätzlichen Energieeinsatz erreicht wird. Außerdem soll eine Überhitzung des das Wärmetauschersystem durchlaufenden Kühlmediums vermieden werden.The invention has for its object to provide a method and associated apparatus for operating a heat exchanger system for motor vehicles, with the / the disadvantages of the prior art can be eliminated and with the / a fast operating temperature of the catalyst and rapid heat recovery without additional energy input is achieved. In addition, an overheating of the heat exchanger system passing through the cooling medium should be avoided.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und entsprechend der Vorrichtung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 9 gelöst. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine und bei einem Überschreiten einer maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur das in dem Abgaswärmetauscher befindliche Kühlmedium durch einen Gasstrom (z. B. Luft) aus dem Abgaswärmetauscher verdrängt wird und das Gas in der Warmlaufphase bis zur Erreichung der Anspringtemperatur des Katalysators und bei einer Überschreitung der maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur bis zum Erreichen einer zulässigen Kühlmitteltemperatur in dem Abgaswärmetauscher verweilt. Nach Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators bzw. nach einer Unterschreitung der maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur wird der Abgaswärmetauscher entlüftet und danach wird dem Abgaswärmetauscher ein Kühlmedium zugeführt, das im indirekten Wärmetausch mit den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine erhitzt wird.This object is achieved according to the invention according to the invention by the characterizing features of claim 1 and according to the device by the characterizing features of claim 9. According to the invention this is achieved in that in the warm-up phase of the internal combustion engine and when exceeding a maximum coolant temperature, the cooling medium in the exhaust gas heat exchanger is displaced from the exhaust gas heat exchanger by a gas flow (eg air) and the gas in the warm-up phase until reaching the light-off temperature of the catalyst and when exceeding the maximum permissible coolant temperature until reaching an allowable coolant temperature dwells in the exhaust gas heat exchanger. After reaching the light-off temperature of the catalyst or after falling below the maximum permissible coolant temperature of the exhaust gas heat exchanger is vented and then the exhaust gas heat exchanger is supplied to a cooling medium which is heated in the indirect heat exchange with the exhaust gases of the internal combustion engine.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Abgaswärmetauscher die Zuführungsleitung für das Kühlmedium über ein erstes verstellbares Ventil mit einer Druckluftleitung und die Abführungsleitung für das Kühlmedium nach dem Abgaswärmetauscher über ein zweites verstellbares Ventil mit einer Luftleitung verbunden ist. Weiterhin ist der Abgaswärmetauscher derart ausgebildet, dass er im Querschnitt aus mehreren über- und nebeneinander angeordneten Wärmetauscherrohren besteht, deren Außenfläche als katalytisch wirksame Oberfläche ausgebildet ist und in den Katalysator integriert ist.The device according to the invention is characterized in that before the exhaust gas heat exchanger, the supply line for the cooling medium via a first adjustable valve with a compressed air line and the discharge line for the cooling medium is connected to the exhaust gas heat exchanger via a second adjustable valve with an air line. Furthermore, the exhaust gas heat exchanger is designed such that it consists in cross section of a plurality of over and juxtaposed heat exchanger tubes whose outer surface is formed as a catalytically active surface and is integrated into the catalyst.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, dass während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine aus dem Kaltstart die thermische Masse im Abgaswärmetauscher reduziert wird. Anstelle des den Abgaswärmetauscher durchströmenden kalten Kühlmediums befindet sich in der Warmlaufphase in den Wärmeaustauscherrohren des Abgaswärmetauschers nur eine nichtbewegte Luftmenge. Dadurch wird erreicht, dass der katalytische Teil des Wärmetauschersystems schneller aufgeheizt wird und somit schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Eine Wärmeabführung durch das Kühlmedium vom Katalysator in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine erfolgt dabei nicht. Eine zusätzliche Heizung zur Erwärmung der Abgase in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine, um dadurch schnell die Anspringtemperatur des Katalysators zu erreichen, ist nicht mehr erforderlich. Die Kosten für die Heizung und für den Kraftstoffverbrauch zum Betrei- ben der Heizung entfallen somit. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich durch einen unkomplizierten Aufbau aus, der auch mit einfachen bekannten Mitteln gut regelbar ist.The advantages of the solution according to the invention are that the thermal mass in the exhaust gas heat exchanger is reduced during the warm-up phase of the internal combustion engine from the cold start. Instead of the exhaust gas flowing through the exhaust gas heat exchanger cold cooling medium is in the warm-up phase in the heat exchanger tubes of the exhaust gas heat exchanger only a non-moving air flow. This ensures that the catalytic part of the heat exchanger system is heated faster and thus reaches its operating temperature faster. A heat dissipation through the cooling medium from the catalyst in the warm-up phase of the internal combustion engine is not carried out. An additional heater for heating the exhaust gases in the warm-up phase of the internal combustion engine, thereby quickly reaching the light-off temperature of the catalyst, is no longer necessary. The costs of heating and fuel consumption for operating ben the heating thus omitted. The solution according to the invention is characterized by an uncomplicated structure, which can be well controlled even with simple known means.
Auch bei einer eventuellen Überhitzung des Kühlmediums (z. B. Wasser- /Glykolgemisch) wird durch die Unterbrechung des Kühlmitteldurchflusses durch die Wärmetauscherrohre des Abgaswärmetauschers, die Umleitung des Kühlmittelflusses über eine Bypassleitung und eine Gasaufschaltung im Abgaswärmetauscher eine schnelle und unkomplizierte Regelung des Wärmetauschersystems erreicht.Even with a possible overheating of the cooling medium (eg water / glycol mixture) is achieved by the interruption of the coolant flow through the heat exchanger tubes of the exhaust gas heat exchanger, the diversion of the coolant flow via a bypass line and a gas injection in the exhaust gas heat exchanger a quick and easy control of the heat exchanger system.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are described in the subclaims, they are explained in the description together with their effects.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to drawings. In the accompanying drawings show:
Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Wärmetauschersystems für einFig. 1: a schematic representation of a heat exchanger system for a
Kraftfahrzeug,Motor vehicle,
Fig. 2: eine schematische Darstellung des Abgaswärmetauschers im Detail,2 shows a schematic representation of the exhaust gas heat exchanger in detail,
Fig. 3: eine Variante eines Wärmetauschersystems für ein Kraftfahrzeug,3 shows a variant of a heat exchanger system for a motor vehicle,
Fig. 4: eine schematische Darstellung des Abgaswärmetauschers gemäß Figur 3 im Detail und4 shows a schematic representation of the exhaust gas heat exchanger according to FIG. 3 in detail and FIG
Fig. 5: einen Querschnitt durch den Abgaswärmetauscher.Fig. 5: a cross section through the exhaust gas heat exchanger.
Das an sich bekannte Wärmetauschersystem für ein Kraftfahrzeug besteht aus einem über eine Verbrennungskraftmaschine 12 und einen Kühler 16 geführten Hauptkühlkreislauf und einem über die Verbrennungskraftmaschine 12 und einen Motorölkühler 14 geführten Nebenkühlkreislauf, dessen Kühlmitteltemperatur mittels eines Thermostats 15 überwacht wird. Dem Kühlkreislauf ist ein Ausgleichsbehälter 17 für das Kühlmedium 21 zugeordnet. Zur Unterstützung der Zirkulation des Kühlmediums 21 und 22 sind in dem Kühl- und dem noch zu beschreibenden Sekundärkreislauf Kühlmittelpumpen 13 angeordnet. Über den Kühlmittelkreislauf wird auch bekannter Weise eine Fahrzeugheizung 18 betrieben.The known per se heat exchanger system for a motor vehicle consists of a guided via an internal combustion engine 12 and a radiator 16 main cooling circuit and a run on the internal combustion engine 12 and an engine oil cooler 14 subcooling circuit whose coolant temperature is monitored by a thermostat 15. The cooling circuit is associated with an expansion tank 17 for the cooling medium 21. To support the circulation of the cooling medium 21 and 22 are arranged in the cooling and the secondary circuit to be described coolant pump 13. About the coolant circuit and a vehicle heater 18 is also known manner operated.
In der nicht näher dargestellten Abgasanlage der Verbrennungskraftmaschine 12 ist ein Abgaswärmetauscher 1 angeordnet, der von den Abgasen 2 der Verbrennungskraftmaschine 12 durchströmt wird und dem über eine Zuführungsleitung 5 ein Kühlmedium 21 oder 22 zugeführt wird. Die Zuführungsleitung 5 ist mit den innerhalb des Abgaswärmetauschers 1 neben- und übereinander angeordneten Wärmetauscherrohren 10 verbunden. Die Wärmetauscherrohre 10 werden in einer aus dem Abgaswärmetauscher 1 mündenden Abführungsleitung 7 zusammengefasst. Die Außenflächen der innerhalb des Abgaswärmetauschers 1 angeordneten Wärmetauscherrohre 10 sind als katalytisch wirkende Oberflächen 20 ausgebildet, die somit einen Katalysator bilden. Zur besseren katalytischen Wirksamkeit ist die katalytische Oberfläche 20 der Wärmetauscherrohre 10 gerippt ausgebildet. In dem Abgaswärmetauscher 1 sind somit die Funktionen des indirekten Wärmeaustauschs zwischen dem Abgas 2 und dem Kühlmedium 21 oder 22 und der katalytischen Reinigung der Abgase 2 vereinigt. Die Anordnung der Wärmetauscherrohre 10 ist aus der Figur 5 zu entnehmen.In the exhaust system of the internal combustion engine 12, not shown, an exhaust gas heat exchanger 1 is arranged, which is flowed through by the exhaust gases 2 of the internal combustion engine 12 and the via a supply line 5, a cooling medium 21 or 22 is supplied. The supply line 5 is connected to the heat exchanger tubes 10 arranged side by side and one inside the exhaust gas heat exchanger 1. The heat exchanger tubes 10 are combined in a discharge line 7 opening out from the exhaust gas heat exchanger 1. The outer surfaces of the arranged inside the exhaust heat exchanger 1 heat exchanger tubes 10 are formed as catalytically active surfaces 20, which thus form a catalyst. For better catalytic efficiency, the catalytic surface 20 of the heat exchanger tubes 10 is formed ribbed. In the exhaust gas heat exchanger 1 thus the functions of the indirect heat exchange between the exhaust 2 and the cooling medium 21 or 22 and the catalytic purification of the exhaust gases 2 are combined. The arrangement of the heat exchanger tubes 10 can be seen in FIG.
Es ist aber auch denkbar, dass innerhalb des Abgaswärmetauschers 1 ein herkömmlicher Katalysator angeordnet ist, der von einem durch das Kühlmedium 21 oder 22 durchströmenden ringförmigen Wärmetauschermantel umschlossen ist. Dabei ist der Wärmetauschermantel ebenfalls mit einer entsprechenden Zuführungsleitung 5 und einer Abführungsleitung 7 versehen. Das dem Abgaswärmetauscher 1 zugeführte Abgas 2 verlässt den Abgaswärmetauscher 1 als gereinigtes Abgas 9.But it is also conceivable that within the exhaust heat exchanger 1, a conventional catalyst is arranged, which is enclosed by a flowing through the cooling medium 21 or 22 annular heat exchanger jacket. In this case, the heat exchanger jacket is also provided with a corresponding supply line 5 and a discharge line 7. The exhaust gas 2 supplied to the exhaust gas heat exchanger 1 leaves the exhaust gas heat exchanger 1 as purified exhaust gas 9.
Wie aus den Figuren 2 und 4 ersichtlich, ist vor der Einmündung der Zuführungsleitung 5 in den Abgaswärmetauscher 1 in der Zuführungsleitung 5 ein Ventil 3 angeordnet, dessen weiterer Anschluss mit einer Druckluftleitung 4 verbunden ist. Die Druckluftleitung 4 steht mit einem Druckspeicher des Kraftfahrzeuges in Verbindung. In der Abführungsleitung 7 ist ein weiteres Ventil 3'angeodnet, das mit einer Luftleitung 8 verbunden ist, die in den Ausgleichsbehälter 17 mündet. Die Ventile 3 und 3' sind über eine Bypassleitung 6 miteinander verbunden, so dass bei einer entspre- chenden Schaltstellung der Ventile 3 und 3' das Kühlmedium 21 oder 22 nicht durch den Abgaswärmetauscher 1 geführt wird.As can be seen from FIGS. 2 and 4, a valve 3, whose further connection is connected to a compressed-air line 4, is arranged in the exhaust gas heat exchanger 1 in the supply line 5 before the confluence of the supply line 5. The compressed air line 4 communicates with a pressure accumulator of the motor vehicle. In the discharge line 7, a further valve 3 'is angeodnet, which is connected to an air line 8, which opens into the surge tank 17. The valves 3 and 3 ' are connected to each other via a bypass line 6, so that when a corresponding Chenden switching position of the valves 3 and 3 ', the cooling medium 21 or 22 is not passed through the exhaust gas heat exchanger 1.
Gemäß einer ersten Variante, die in Figur 1 dargestellt ist, wird dem Abgaswärmetauscher 1 das über den Motorölkühler 14 geführte Kühlmedium 21 zugeführt. In Figur 3 ist eine Variante der Kühlmittelführung dargestellt. In dem ersten Kühlkreislauf wird dabei das Kühlmedium 21 von dem Motorölkühler 14 über einen zusätzlichen Wärmetauscher 19 geführt. Der Wärmetauscher 19 bildet mit dem Abgaswärmetauscher 1 einen Sekundärkreislauf, in dem ein Kühlmedium 22 zirkuliert. Entsprechend der jeweiligen Variante wird dem Abgaswärmetauscher 1 über die Zuführleitung 5 entweder ein Kühlmedium 21 oder das Kühlmedium 22 zugeführt. Das Kühlmedium 21 und 22 kann Motoröl oder eine Mischung aus Wasser mit einem Medium mit hoher Verdampfungsenthalpie, wie Glykol, Ammoniak, Ethanol, Methanol, Essigsäure oder CO2, sein. Bei Einsatz eines Sekundärkreislaufes ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn das Kühlmittel 22 zum Beispiel Ammoniak ist, um eine hohe Wärmerückgewinnung zu erreichen und das den Einsatz einer an sich bekannten separaten Expansionsmaschine ermöglicht.According to a first variant, which is shown in FIG. 1, the cooling medium 21 guided via the engine oil cooler 14 is fed to the exhaust gas heat exchanger 1. FIG. 3 shows a variant of the coolant guide. In the first cooling circuit while the cooling medium 21 is guided by the engine oil cooler 14 via an additional heat exchanger 19. The heat exchanger 19 forms with the exhaust gas heat exchanger 1 a secondary circuit in which a cooling medium 22 circulates. According to the respective variant, the exhaust gas heat exchanger 1 is supplied via the supply line 5 either a cooling medium 21 or the cooling medium 22. The cooling medium 21 and 22 may be engine oil or a mixture of water with a high enthalpy of vaporization medium such as glycol, ammonia, ethanol, methanol, acetic acid or CO2. When using a secondary circuit, it is particularly advantageous if the coolant 22, for example, ammonia, in order to achieve a high heat recovery and allows the use of a known separate expansion machine.
Um in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 12 bei einem Kaltstart ein schnelles Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysators, in diesem Fall der ka- talytischen Oberfläche 20, zu erzielen, wird die den Abgaswärmetauscher 1 durchströmende thermische Masse des Kühlmediums 21 oder 22 reduziert. Dieses erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass durch das Ventil 3 das Durchströmen des Kühlmediums 21 oder 22 durch die im Abgaswärmetauscher 1 angeordneten Wärmetauscherrohre 10 unterbrochen wird. Gleichzeitig wird über das Ventil 3 den Wärmetauscherrohren 10 ein Gasstrom 23 zugeführt, der das Kühlmedium 21 bzw. 22 aus den Wärmetauscherrohren 10 verdrängt. Der Gasstrom 23 entspricht dabei vorzugsweise Druckluft aus dem Druckluftsystem des Kraftfahrzeuges. Die Ventile 3 und 3 'werden geschlossen, so dass sich in den Wärmetauscherrohren 10 eine nichtbewegte Luftmenge befindet. Dadurch wird erreicht, dass die Abgase 2 der Verbrennungskraftmaschine 12 die katalytische Oberfläche 20 der Wärmetauscherrohre 10 schnell aufheizen, so dass diese schnell die Anspringtemperatur zur katalytischen Reinigung der Abgase 2 erreichen. Während der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine 12 kann das Kühlmedium 21 bzw. 22 unter Umgehung des Abgaswärmetau- schers 1 von der Zuführungsleitung 5 über die Bypassleitung 6 der Abführungsleitung 7 zugeführt werden. Es ist auch denkbar, durch Schließen des Ventils 3 den Kreislauf des Kühlmittels 21 bzw. 22 zu unterbrechen.In order to achieve a fast reaching the light-off temperature of the catalyst, in this case the catalytic surface 20 in the warm-up phase of the internal combustion engine 12 at a cold start, the thermal mass of the cooling medium 21 or 22 flowing through the exhaust gas heat exchanger 1 is reduced. This is done according to the invention in that the flow through the cooling medium 21 or 22 is interrupted by the arranged in the exhaust gas heat exchanger 1 heat exchanger tubes 10 through the valve 3. At the same time a gas stream 23 is supplied to the heat exchanger tubes 10 via the valve 3, which displaces the cooling medium 21 or 22 from the heat exchanger tubes 10. The gas stream 23 preferably corresponds to compressed air from the compressed air system of the motor vehicle. The valves 3 and 3 ' are closed so that there is a non-moving amount of air in the heat exchanger tubes 10. It is thus achieved that the exhaust gases 2 of the internal combustion engine 12 rapidly heat the catalytic surface 20 of the heat exchanger tubes 10 so that they rapidly reach the light-off temperature for the catalytic purification of the exhaust gases 2. During the warm-up phase of the internal combustion engine 12, the cooling medium 21 or 22, bypassing the exhaust gas heat recovery shear 1 are supplied from the supply line 5 via the bypass line 6 of the discharge line 7. It is also conceivable to interrupt the circulation of the coolant 21 or 22 by closing the valve 3.
Wird die Anspringtemperatur der katalytischen Oberfläche 20 erreicht, erfolgt eine Entlüftung der Wärmetauscherrohre 10 des Abgaswärmetauschers 1. Dabei wird das Ventil 3' so verstellt, dass die Luft über die Luftleitung 8 entweichen kann und in dem Ausgleichsbehälter 17 entlüftet wird. Die Ventile 3 und 3' werden danach so geschaltet, dass das Kühlmedium 21 oder 22 die Wärmetauscherrohre 10 des Abgaswärmetauschers 1 durchströmen. Je nach Betriebsweise befindet sich somit in den Wärmetauscherrohren 10 ein Medium 11 , das entweder ein die Wärmetauscherrohre 10 durchströmendes Kühlmedium 21 oder 22 oder eine nichtbewegte Luftmenge ist.When the light-off temperature of the catalytic surface 20 is reached, the heat exchanger tubes 10 of the exhaust gas heat exchanger 1 are vented. The valve 3 ' is adjusted so that the air can escape via the air line 8 and is vented in the expansion tank 17. The valves 3 and 3 ' are then switched so that the cooling medium 21 or 22, the heat exchanger tubes 10 of the exhaust gas heat exchanger 1 flow through. Depending on the mode of operation is thus in the heat exchanger tubes 10, a medium 11, which is either a heat exchanger tubes 10 flowing through the cooling medium 21 or 22 or a non-moving amount of air.
Durch den Abgaswärmetauscher 1 werden somit im normalen Betriebsverlauf gleichzeitig die Abgase 2 katalytisch gereinigt und es erfolgt eine Wärmegewinnung. Die mittels des Kühlmediums 21 oder 22 aus dem Abgaswärmetauscher 1 abgeführte Wärmeenergie wird zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder zum Betrieb einer separaten Expansionsmaschine und/oder zur Fahrzeugheizung 18 verwendet.Through the exhaust gas heat exchanger 1, the exhaust gases 2 are thus catalytically cleaned in the normal course of operation and there is a heat recovery. The heat energy dissipated from the exhaust gas heat exchanger 1 by means of the cooling medium 21 or 22 is used to preheat the combustion air and / or to operate a separate expansion engine and / or to heat the vehicle 18.
Bei einem Überschreiten einer maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur des Kühlmediums 21 bzw. 22 erfolgt ebenfalls, wie oben beschrieben, ein Verdrängen des Kühlmediums 21 oder 22 aus den Wärmetauscherrohren 10. Erreicht das Kühlmedium 21 bzw. 22 wieder eine zulässige Kühlmitteltemperatur wird das Kühlmedium 21 bzw. 22 wieder über die Wärmetauscherrohre 10 durch den Abgaswärmetauscher 1 geführt. Durch die erfindungsgemäße Lösung erfolgt eine deutliche Erhöhung der nutzbaren Energie im Hinblick auf rekuperative Verfahren. When a maximum permissible coolant temperature of the cooling medium 21 or 22 is exceeded, displacement of the cooling medium 21 or 22 from the heat exchanger tubes 10 also takes place as described above again passed through the heat exchanger tubes 10 through the exhaust gas heat exchanger 1. The solution according to the invention significantly increases the usable energy with regard to recuperative processes.
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of used reference numbers
1 Abgaswärmetauscher1 exhaust gas heat exchanger
2 Abgas2 exhaust gas
3 Ventil3 valve
3' Ventil3 ' valve
4 Druckluftleitung4 compressed air line
5 Zuführungsleitung5 supply line
6 Bypassleitung6 bypass line
7 Abführungsleitung7 discharge line
8 Luftleitung8 air line
9 Abgas9 exhaust
10 Wärmetauscherrohre10 heat exchanger tubes
11 Medium11 medium
12 Verbrennungskraftmaschine12 internal combustion engine
13 Kühlmittelpumpe13 coolant pump
14 Motorölkühler14 engine oil cooler
15 Thermostat15 thermostat
16 Kühler16 coolers
17 Ausgleichsbehälter17 expansion tank
18 Fahrzeugheizung18 vehicle heating
19 Wärmetauscher19 heat exchangers
20 katalytische Oberfläche20 catalytic surface
21 Kühlmedium21 cooling medium
22 im Sekundärkreislauf geführtes Kühlmedium22 in the secondary circuit guided cooling medium
23 Gasstrom 23 gas flow

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschersystems für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Abgasanlage, bei der die Abgase einen katalytischen Wandler durchströmen, der von einem Abgaswärmetauscher umschlossen wird, in dem eine indirekte Wärmeübertragung einstellbar zwischen den den katalytischen Wandler durchströmenden Abgasen der Verbrennungskraftmaschine und einem den Abgaswärmetauscher durchströmenden Kühlmedium zur Nutzung der Wärmeenergie der Abgase erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Warmlaufphase der Verbrennungskraftmaschine (12) und bei einem Überschreiten einer maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur das in dem Abgaswärmetauscher (1) befindliche Kühlmedium (21 ; 22) durch einen Gasstrom (23) aus dem Abgaswärmetauscher (1) verdrängt wird, das Gas (23) in der Warmlaufphase bis zur Erreichung der Anspringtemperatur des Katalysators und bei einer Überschreitung der maximal zulässigen Kühlmitteltemperatur bis zum Erreichen einer zulässigen Kühlmitteltemperatur in dem Abgaswärmetauscher (1) verweilt, danach der Abgaswärmetauscher (1) entlüftet und ein dem Abgaswärmetauscher (1) durchströmendes Kühlmedium (21 ; 22) zugeführt wird.1. A method for operating a heat exchanger system for a motor vehicle having an internal combustion engine and an exhaust system, wherein the exhaust gases flow through a catalytic converter, which is enclosed by an exhaust gas heat exchanger, in which an indirect heat transfer adjustable between the exhaust gas flowing through the catalytic converter of the internal combustion engine and a the cooling medium flowing through the exhaust gas heat exchanger for utilizing the heat energy of the exhaust gases, characterized in that in the warm-up phase of the internal combustion engine (12) and at a maximum permissible coolant temperature, the cooling medium (21, 22) located in the exhaust gas heat exchanger (1) is replaced by a gas flow ( 23) is displaced from the exhaust gas heat exchanger (1), the gas (23) in the warm-up phase until reaching the light-off temperature of the catalyst and when exceeding the maximum permissible coolant temperature until Erreic hen a permissible coolant temperature in the exhaust gas heat exchanger (1) dwelled, then vented the exhaust gas heat exchanger (1) and a the exhaust gas heat exchanger (1) flowing through the cooling medium (21; 22) is supplied.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der dem Abgaswärmetauscher (1) zugeführte Gasstrom (23) Druckluft aus dem Druckluftsystem des Kraftfahrzeuges oder bei stationärer Anwendung aus einem entsprechenden Druckluftsystem ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the exhaust gas heat exchanger (1) supplied gas stream (23) compressed air from the compressed air system of the motor vehicle or stationary use of a corresponding compressed air system.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium(21 ; 22) Motoröl oder eine Mischung aus Wasser mit einem Medium mit hoher Verdampfungsenthalpie, wie Glykol, Ammoniak, Ethanol, Methanol, Essigsäure oder CO2, ist.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the cooling medium (21; 22) motor oil or a mixture of water with a medium with high enthalpy of enthalpy, such as glycol, ammonia, ethanol, methanol, acetic acid or CO 2 , is.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (23) und das Kühlmedium (22; 23) dem Abgaswärmetauscher (1) über Ventile (3) einstellbar zu- und abgeführt werden.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the gas stream (23) and the cooling medium (22; 23) are adjustably supplied to and removed from the exhaust gas heat exchanger (1) via valves (3).
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (21) im Kreislauf über die Verbrennungskraftmaschine (12), einen Motorölkühler (14) und den Abgaswärmetauscher (1) gefördert wird.5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the cooling medium (21) in the circuit via the internal combustion engine (12), an engine oil cooler (14) and the exhaust gas heat exchanger (1) is promoted.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Kühlmedium (21) im Kreislauf über die Verbrennungskraftmaschine (12), einen Motorölkühler (14) und einen Wärmetauscher (19) und ein zweites Kühlmedium (22) im Kreislauf über den Wärmetauscher (19) und den Abgaswärmetauscher (1) gefördert wird.6. The method of claim 1 to 4, characterized in that a first cooling medium (21) in the circuit via the internal combustion engine (12), a motor oil cooler (14) and a heat exchanger (19) and a second cooling medium (22) in the circuit over the Heat exchanger (19) and the exhaust gas heat exchanger (1) is promoted.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftung des mit Gas (23) gefüllten Abgaswärmetauschers (1) über einen Ausgleichsbehälter (17) des Druckluftsystems erfolgt.7. The method according to claim 1 to 6, characterized in that the venting of the gas (23) filled exhaust gas heat exchanger (1) via a surge tank (17) of the compressed air system takes place.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels des Kühlmediums (21 ; 22) aus dem Abgaswärmetauscher (1) abgeführte Wärmeenergie zur Vorwärmung der Verbrennungsluft und/oder zum Betrieb einer separaten Expansionsmaschine und/oder zur Fahrzeugheizung (18) verwendet wird.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the means of the cooling medium (21; 22) from the exhaust gas heat exchanger (1) dissipated heat energy for preheating the combustion air and / or operation of a separate expansion engine and / or vehicle heating (18) is used.
9. Vorrichtung zum Betreiben eines Wärmetauschersystems für ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Abgasanlage mit einem Katalysator und einem integrierten indirekten Abgaswärmetauscher, der mit einer Zu- und Abführungsleitung für das den Abgaswärmertauscher durchströmende Kühlmedium versehen ist, gekennzeichnet dadurch, dass vor dem Abgaswärmetauscher (1) die Zuführungsleitung (5) für das Kühlmedium (21 ; 22) über ein erstes verstellbares Ventil (3) mit einer Druckluftleitung (4) und die Abführungsleitung (7) für das Kühlmedium (21; 22) nach dem Abgaswärmetauscher (1) über ein zweites verstellbares Ventil (3') mit einer Luftleitung (8) verbunden ist.9. A device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle with an internal combustion engine and an exhaust system with a catalyst and an integrated indirect exhaust gas heat exchanger, which is provided with a supply and discharge line for the exhaust gas heat exchanger flowing through cooling medium, characterized in that before the exhaust gas heat exchanger (1) the supply line (5) for the cooling medium (21; 22) via a first adjustable valve (3) with a compressed air line (4) and the discharge line (7) for the cooling medium (21; 22) after the exhaust gas heat exchanger (1) via a second adjustable valve (3 ' ) with an air line (8) is connected.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher (1) im Querschnitt aus mehreren neben- und übereinander angeordneten, das Kühlmedium (21 ; 22) durchströmenden oder Druckgas enthaltenden Wärmetauscherrohren (10) besteht, deren Außenfläche als kataly- tisch wirksame Oberfläche (20) ausgebildet ist und einen Katalysator bildet.10. The device according to claim 9, characterized in that the exhaust gas heat exchanger (1) in cross section of a plurality of juxtaposed and superimposed, the cooling medium (21; 22) flowing through or compressed gas containing heat exchanger tubes (10) whose outer surface is effective as a catalytically Surface (20) is formed and forms a catalyst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaswärmetauscher (1) und der Katalysator eine Baueinheit bilden.11. The device according to claim 9 and 10, characterized in that the exhaust gas heat exchanger (1) and the catalyst form a structural unit.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (3) und das Ventil (3') über eine Bypassleitung (6) für das Kühlmedium (21 ; 22) miteinander verbunden sind.12. The device according to claim 9 to 11, characterized in that the valve (3) and the valve (3 ') via a bypass line (6) for the cooling medium (21; 22) are interconnected.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitung (8) zur Entlüftung der Wärmetauscherrohre (10) des Abgaswärmetauschers (1) mit einem Ausgleichsbehälter (17) für das Kühlmedium (21) verbunden ist.13. The apparatus of claim 9 to 12, characterized in that the air line (8) for venting the heat exchanger tubes (10) of the exhaust gas heat exchanger (1) with a surge tank (17) for the cooling medium (21) is connected.
14. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch wirkende Oberfläche (20) der Wärmetauscherrohre (10) gerippt ausgebildet ist.14. The apparatus of claim 9 to 13, characterized in that the catalytically acting surface (20) of the heat exchanger tubes (10) is ribbed formed.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Abgaswärmetauscher (1) mündende Zuführungsleitung (5) zur Zuführung eines Kühlmediums (21) mit einem Motorölkühler (14) verbunden ist.15. Apparatus according to claim 9 to 14, characterized in that in the exhaust gas heat exchanger (1) opening feed line (5) for supplying a cooling medium (21) with an engine oil cooler (14) is connected.
16. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Abgaswärmetauscher (1) mündende Zuführungsleitung (5) zur Zuführung eines in einem Sekundärkreislauf geführten Kühlmediums (22) mit einem Wärmetauscher (19) verbunden ist, wobei der Wärmetauscher (19) zur Zuführung des Kühlmediums (21) mit dem Motorölkühler (14) verbunden ist. 16. The apparatus of claim 9 to 14, characterized in that in the exhaust gas heat exchanger (1) opening feed line (5) for supplying a guided in a secondary circuit cooling medium (22) with a heat exchanger (19) is connected, wherein the heat exchanger (19 ) is connected to the supply of the cooling medium (21) with the engine oil cooler (14).
PCT/DE2009/000043 2008-01-19 2009-01-15 Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle WO2009089827A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09702501A EP2229512A1 (en) 2008-01-19 2009-01-15 Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008005275.2 2008-01-19
DE102008005275A DE102008005275B4 (en) 2008-01-19 2008-01-19 Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009089827A1 true WO2009089827A1 (en) 2009-07-23

Family

ID=40638012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2009/000043 WO2009089827A1 (en) 2008-01-19 2009-01-15 Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2229512A1 (en)
DE (1) DE102008005275B4 (en)
WO (1) WO2009089827A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011017764A1 (en) 2011-04-29 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Heat accumulator system for internal combustion engine e.g. petrol engine, of motor car, has discharge circuit closed via heat accumulator and combustion engine, where discharge circuit and charging circuit are decoupled from each other

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2339005A1 (en) * 1972-10-27 1974-05-09 Modine Mfg Co CATALYTIC HEAT EXCHANGER
JPH0267415A (en) * 1988-08-31 1990-03-07 Mitsubishi Motors Corp Exhaust gas temperature control
DE19951583A1 (en) * 1999-10-27 2001-05-23 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas catalyst unit used in direct injection diesel engines of vehicles comprises tempering coiled tubing which surrounds outer sleeve of nitrogen oxide reduction catalyst body
DE10111787A1 (en) * 2000-03-13 2001-09-27 Gen Motors Corp Integrated heat and exhaust gas management unit for vehicle having housing defining chamber with inlet through which engine exhaust gas flows and heater which can be operated with fuel
EP1331113A1 (en) * 2002-01-26 2003-07-30 J. Eberspächer GmbH & Co. KG System for cooling and/or heating a space, with one adsorption refrigeration cycle
JP2008190439A (en) * 2007-02-06 2008-08-21 Toyota Motor Corp Exhaust heat recovery device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2401204A1 (en) * 1974-01-11 1975-07-17 Marquardt Peter Catalytic reactor for exhaust gases - for oxidation of carbon monoxide and unburnt hydrocarbons
DE19537801A1 (en) 1994-10-21 1996-04-25 Volkswagen Ag Motor vehicle with exhaust gas heat exchanger
DE19960929A1 (en) * 1999-12-17 2001-06-28 Bosch Gmbh Robert Switchable heat exchanger
DE102004051891A1 (en) * 2004-10-26 2006-05-04 Daimlerchrysler Ag Internal combustion engine e.g. petrol engine, for e.g. passenger car, has housing wall firmly connected with exhaust gas purification unit and directly formed in fluid, where wall is produced by direct heat exchange connection

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2339005A1 (en) * 1972-10-27 1974-05-09 Modine Mfg Co CATALYTIC HEAT EXCHANGER
JPH0267415A (en) * 1988-08-31 1990-03-07 Mitsubishi Motors Corp Exhaust gas temperature control
DE19951583A1 (en) * 1999-10-27 2001-05-23 Daimler Chrysler Ag Exhaust gas catalyst unit used in direct injection diesel engines of vehicles comprises tempering coiled tubing which surrounds outer sleeve of nitrogen oxide reduction catalyst body
DE10111787A1 (en) * 2000-03-13 2001-09-27 Gen Motors Corp Integrated heat and exhaust gas management unit for vehicle having housing defining chamber with inlet through which engine exhaust gas flows and heater which can be operated with fuel
EP1331113A1 (en) * 2002-01-26 2003-07-30 J. Eberspächer GmbH & Co. KG System for cooling and/or heating a space, with one adsorption refrigeration cycle
JP2008190439A (en) * 2007-02-06 2008-08-21 Toyota Motor Corp Exhaust heat recovery device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011017764A1 (en) 2011-04-29 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Heat accumulator system for internal combustion engine e.g. petrol engine, of motor car, has discharge circuit closed via heat accumulator and combustion engine, where discharge circuit and charging circuit are decoupled from each other

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008005275B4 (en) 2012-04-26
DE102008005275A1 (en) 2009-07-23
EP2229512A1 (en) 2010-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011119587B4 (en) METHOD FOR OPERATING A VEHICLE
DE102011053591A1 (en) Apparatus for recovering and cooling waste heat for an engine
DE102014109463B4 (en) Device for setting an oil temperature for a vehicle and a method for controlling the device
EP2582957B1 (en) Internal combustion engine comprising a coolant collector for shut-down cooling and/or warm-up cooling
DE102008035955B4 (en) cooling strategy
DE102011118898A1 (en) Device for thermal coupling of two cooling circuits in vehicle, has cooling circuits that are formed as high-temperature circuit and low-temperature circuit and are couple by mixing valve in thermal and fluidic manner
DE10146346A1 (en) Coolant circuit
EP2345803B1 (en) Coolant circuit of a combustion engine and a work method for operating same
DE102009027350A1 (en) Exhaust treatment device for an internal combustion engine
WO2007104271A1 (en) Combined heating/warm water system for mobile applications
DE102004048338C5 (en) Internal combustion engine
EP2108813B1 (en) Device for cooling or heating a combustion engine
DE102008005275B4 (en) Method and device for operating a heat exchanger system for a motor vehicle
DE102017202128B4 (en) Integration of exhaust gas recirculation (EGR), waste heat recovery system (EHRS) and latent heat storage in a complete exhaust gas heat management module
EP1727976B1 (en) Internal combustion engine having a humidifying device and a heat exchanger
EP0814255B1 (en) Vehicle driven by an internal combustion engine
DE102010015106B4 (en) Coolant circuit for an internal combustion engine of a motor vehicle
DE102007022859B4 (en) Arrangement of heating heat exchangers connected in series in a motor vehicle
EP3557023B1 (en) Charge air cooler for a combustion engine and method for charge air cooling of a combustion engine
EP1527916A1 (en) Heating device for a vehicle with additional heat source
DE102010002605B4 (en) Method for shortening the warm-up phase by means of heat recovery from recirculated exhaust gases
DE102019202928A1 (en) Exhaust heat recovery system and process for exhaust heat recovery
EP3717758B1 (en) Drive unit for a motor vehicle and method for operating a drive unit
DE19719487A1 (en) Heating system for vehicle
DE102009057802B4 (en) Cooling circuit for an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09702501

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009702501

Country of ref document: EP