DE4340463A1 - Abgasanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in einem Abgasrohr angeordneten Abgasaufbereitungsanlage (Katalysator, Rußfilter), mit einem Brenner, dessen heiße Abgase stromauf der Abgasaufbereitungsanlage zur Gewährleistung der Betriebsbereitschaft derselben in das Abgasrohr eingeleitet werden und mit wenigstens einem Wärmetauscher zur Entnahme von Wärmeenergie aus dem Abgasstrom.

Aus der DE-A1-31 44 349 ist eine Abgasanlage bekannt, in der ein Rußfilter als Abgasaufbereitungsanlage vorgesehen ist, der mittels eines ihm zugeordneten Brenners zur Gewährleistung seiner Betriebsbereitschaft von Zeit zu Zeit freigebrannt wird. Bei dieser Anlage ist ferner vorgesehen, den Brenner der Rußabbrenn-Vorrichtung zum Anwärmen von Arbeits- und Betriebsstoffen, wie Ansaugluft, Kühlwasser oder Schmieröl zu verwenden. Zu diesem Zweck ist ein Wärmetauscher stromab des Rußfilters in der Abgasleitung angeordnet. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DE-A1 38 21 138 bekannt. Auch hier steht ein stromab eines Rußfilters im Abgasstrom angeordneter Wärmetauscher in wärmeleitender Verbindung mit einem in der Kühlwasserleitung angeordneten zweiten Wärmetauscher, um Restwärme aus dem Abgas zu Heizzwecken zu verwenden. Ein zur Regenerierung des Rußfilters dienender Brenner kann bei Stillstand des Fahrzeuges somit auch zu Vorheizzwecken verwendet werden. Beide bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß bei einem Betrieb des Brenners zu Vorheizzwecken der zwischen Brenner und Wärmetauscher liegende Rußfilter unnötigerweise mit vorgeheizt wird und dadurch einen Teil der erzeugten Energie entnimmt.

Aus der DE-A1-39 20 159 ist eine Einrichtung zum Beheizen eines Katalysators bekannt, bei der ein im Katalysator integrierter oder diesem nachgeschalteter Wärmetauscher dem Abgasstrom Wärmeenergie zu Heizzwecken entzieht. Der Katalysator wird dort stets elektrisch vorgeheizt, wobei zur Erhöhung der Energie im Abgasstrom eine Einrichtung zum Eindüsen von Brennstoff stromauf des Katalysators vorgesehen ist. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß durch die elektrische Vorheizung des Katalysators der Fahrzeug­ batterie sehr viel Energie entzogen wird, was insbesondere bei einer Häufung von Kurzstreckenfahrten zu deren Entladung führen kann. Ferner gilt für diese Anordnung der gleiche Nachteil wie für die weiter oben beschriebenen, mit einem Rußbrenner ausgestatteten Vorrichtungen, da auch hier bei einem reinen Betrieb zu Heizzwecken des Fahrzeuges stets der Katalysator mit vorgeheizt wird und dadurch einen nicht unwesentlichen Anteil der Energie entnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der zum einen eine schnelle Herstellung der Betriebsbereitschaft einer Abgasaufbereitungsanlage gewährleistet ist und bei der zum anderen eine optimale Heizwirkung in einem Vorheizbetrieb eines Fahrzeuges gegeben ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst. Dadurch, daß ein Wärmetauscher zwischen Brenner und Abgasaufbereitungsanlage angeordnet ist, bei dem der Durchfluß eines ihn durchströmenden Wärmeträgers regelbar ist, kann bei einem Vorheizbetrieb annähernd die volle vom Brenner erzeugte Energie zu Heizzwecken im Fahrzeug verwendet werden, wohingegen zu einer schnellen Herstellung der Betriebsbereitschaft der Abgasauf­ bereitungsanlage durch Drosselung der Durchströmung des Wärmeträgers auf einen Wert nahe Null die volle vom Brenner erzeugte Wärmeenergie der Abgasaufbereitungsanlage zugeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Anlage bringt insofern einen echten Doppelnutzen eines in einem Fahrzeug vorgesehenen Brenners zum einen im Sinne einer Stand- oder Zusatzheizung und zum anderen für die Betriebsbereitschaft einer Abgasaufbereitungsanlage. Bei Verwendung eines Katalysators als Abgasaufbereitungs­ anlage ist durch Verwendung eines Brenners statt einer elektrischen Vorheizung dessen schnelle Betriebsbereitschaft gewährleistet, wodurch bereits in der Startphase eine wirksame Reduzierung der Schadstoffe im Abgas der Brennkraftmaschine erreicht wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine vorteilhafte Nutzungsmöglichkeit der mittels des Wärmeträgers dem Abgas entzogenen Energie entsteht dadurch, daß der Wärmeträger mit der Brennkraftmaschine in wärmeleitender Verbindung steht. Dadurch wird bei Stillstand der Brennkraftmaschine deren schnelles Vorheizen ermöglicht. Optional oder auch zusätzlich kann der Wärmeträger mit einem Innenraum eines durch die Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs zu dessen Beheizung in wärmeleitender Verbindung stehen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Durchfluß des Wärmeträgers in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasaufbereitungsanlage geregelt wird. Eine solche Regelung räumt der schnellen Herstellung der Betriebsbereitschaft der Abgasaufbereitungsanlage höchste Priorität ein und verringert dadurch den Ausstoß von schädlichen Anteilen im Abgas der Brennkraftmaschine bereits während deren Startphase. Alternativ zur temperatur­ gesteuerten Regelung ist bei Verwendung eines Katalysators als Abgasaufbereitungsanlage auch eine Steuerung des Brenners und der Durchflußmenge des Wärmeträgers im Wärmetauscher gekoppelt an ein von einem Starten der Brennkraftmaschine eingeleitetes Zeitintervall denkbar. Eine solche zeitabhängige Steuerung kann zusätzlich an die temperaturabhängige Steuerung in der Weise gekoppelt sein, daß das Zeitintervall nur bei Unterschreiten einer bestimmten Betriebstemperatur des Katalysators vom Brenner durchlaufen wird.

Für einen optimalen Betrieb als Zuheizung bei einem Wärmedefizit im Fahrzeuginnen­ raum, wie es bei niedrigen Außentemperaturen und den heutigen wirkungsgrad­ optimierten Brennkraftmaschinen leicht auftritt, ist es vorteilhaft, daß der Brenner in seiner Leistung regelbar ist. Die Regelung der Brennerleistung kann dabei vorteilhaft entweder in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine und/oder in Abhängigkeit von der Temperatur des Innenraums erfolgen.

Besonders vorteilhaft ist eine Verwendung eines Wärmerohres (heat pipe) als Wärme­ tauscher und wärmeleitende Verbindung zur Brennkraftmaschine beziehungsweise zum Innenraum. Solche heat pipes sind aufgrund ihrer geringen Baugröße, der geringen Menge des zu erhitzenden Wärmeträgermediums, des guten Wirkungsgrades und der guten Regelbarkeit der übertragenen Wärmeleistung durch einfache Drosselung der Kondensat­ rückfuhr für einen Einsatz in Fahrzeugen auch aufgrund ihres geringen Gewichtes bestens geeignet. Entsprechende Wärmerohre sind beispielsweise aus der DE-A1-25 23 645 für sich gesehen für eine Übertragung von Wärme in Kraftfahrzeugen bekannt.

Bei Verwendung eines Katalysators mit Lambda-Regelung ist es vorteilhaft, wenn zwischen Brenner und der Einmündung am Abgasrohr eine Steuerklappe zur wahlweisen Einleitung der vom Brenner erzeugten Abgase in die Abgasleitung oder in eine an der Abgasaufbereitungsanlage vorbeiführende Zweigleitung angeordnet ist, wobei ein Wärmetauscher in diesem Fall zwischen Brenner und Steuerklappe oder stromab der Steuerklappe angeordnet ist. Durch das Vorsehen einer solchen Steuerklappe und die Anordnung des Wärmetauschers ist es möglich, einen derartigen Brenner je nach entnommener Wärmeleistung durch den Wärmetauscher wahlweise als Standheizung oder für eine Vorheizung des Katalysators zu verwenden und ferner auch ohne Beeinträchtigung der Katalysatorregelung bei umgelegter Steuerklappe einen Zuheizbetrieb bei laufender Brennkraftmaschine zu ermöglichen.

In jedem Falle ist es von zusätzlichem Vorteil, wenn - wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik für sich gesehen bekannt - stromab der Abgasaufbereitungsanlage ein weiterer Wärmetauscher zur Aufnahme von Energie aus den Abgasen angeordnet ist. Mittels eines solchen zusätzlichen Wärmetauschers läßt sich stets die von der Abgasaufbereitungsanlage nicht benötigte Energie zu Heizzwecken zusätzlich verwenden.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Wärmeträgerkreislaufes und einer Abgas­ anlage mit einem außerhalb des Abgasstromes angeordneten Brenner.

Fig. 2 eine Alternative zu Fig. 1 mit einem im Abgasstrom angeordneten Brenner.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges bezeichnet, deren Abgas über ein Abgasrohr 2 und eine in diesem angeordnete Abgasaufbereitungsanlage 3, ins Freie geführt wird. Falls die Brennkraftmaschine als Ottomotor ausgelegt ist, handelt es sich bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen Katalysator. Falls es sich bei der Brennkraftmaschine um einen Dieselmotor handelt, so ist die Abgasaufbereitungsanlage als Rußfilter optional oder zusätzlich dazu auch als Oxydationskatalysator ausgelegt. Zwischen Brennkraftmaschine 1 und Abgasaufbereitungsanlage 2 mündet in das Abgasrohr 2 an einer Einmündung 4 eine Brenner-Abgasleitung 5 ein, deren anderes Ende mit einem Brenner 6 verbunden ist.

Bei dem Brenner 6 handelt es sich um einen bekannten Brenner, wie er beispielsweise für übliche Standheizungen verwendet wird. In ihm wird vorzugsweise der gleiche Brennstoff, mit dem die Brennkraftmaschine 1 betrieben wird, mit Brennluft zu einem brennbaren Gemisch aufbereitet und gezündet, wobei das entstehende heiße Abgas durch die Brennerabgasleitung 5 in das Abgasrohr 2 eingeführt wird.

In der Brennerabgasleitung 5, im Abgasrohr 2 zwischen Einmündung 4 und Abgas­ aufbereitungsanlage 3 sowie im Abgasrohr 2 stromab der Abgasaufbereitungsanlage 3 sind - wie weiter unten erläutert einzeln oder in Kombination - mehrere Wärmetauscher 7, 8, 9 angeordnet. Der erste Wärmetauscher 7 in der Brenner-Abgasleitung 5 steht in wärmeleitender Verbindung mit der Brennkraftmaschine 1. Er ist in Form eines Wärmerohres, auch heat pipe genannt, ausgebildet und dient in der Brennkraftmaschine 1 zur Vorwärmung des Schmieröls und/oder zur Vorwärmung des Kühlwassers derselben. Die heat pipe ist in bekannter Weise innen teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit gefüllt, wobei der im Bereich der Brennerabgasleitung 5 angeordnete Teil als Verdampfer und der im Bereich der Brennkraftmaschine 1 angeordnete Teil als Kondensator wirkt. Durch ein in der Kondensatrückleitung angeordnetes regelbares Drosselventil ist die Wärmeübertragungsleistung dieses ersten Wärmetauschers zwischen Null und maximaler Leistung stufenlos regelbar. In einer alternativen Anordnung steht der erste Wärmetauscher 7 statt unmittelbar mit der Brennkraftmaschine 1 wie die im folgenden beschriebenen Wärmetauscher 8 bzw. 9 in wärmeleitender Verbindung mit einer Leitung des Kühl- bzw. Heizwasserkreislaufes.

Der zweite Wärmetauscher 8 zwischen der Einmündung 4 der Brenner-Abgasleitung 5 in das Abgasrohr 2 und der Abgasaufbereitungsanlage 3 steht in wärmeleitender Verbindung mit einer Vorlaufleitung 12A eines insgesamt mit 12 bezeichneten Kühlwasserkreislaufes der Brennkraftmaschine 1. Er ist in gleicher Weise vorzugsweise in Form einer heat pipe ausgelegt und mittels eines regelbaren Drosselventils in der Kondensatrückleitung in seiner Wärmeübertragerleistung zwischen Null und Maximalleistung stufenlos regelbar. Die Wärmeentnahme erfolgt aus dem Abgasrohr, in dem der Verdampferteil der heat pipe des zweiten Wärmetauschers 8 liegt und die Übertragung der Wärme erfolgt auf die Vorlaufleitung 12A, in deren Bereich der Kondensatorteil des zweiten Wärmetauschers 8 angeordnet ist. Mittels des zweiten Wärmetauschers 8 ist aufgrund seiner Anordnung im Abgasrohr 2 eine Entnahme von Wärme sowohl bei stehender Brennkraftmaschine 1 aus dem vom Brenner 6 erzeugten Abgas als auch bei laufender Brennkraftmaschine 1 aus dem von dieser erzeugten Abgas möglich.

Ein dritter Wärmetauscher 9 ist stromab der Abgasaufbereitungsanlage 3 wiederum vorteilhaft in Form einer heat pipe so angeordnet, daß sein Verdampferteil im Bereich des Abgasrohres 2 und sein Kondensatorteil im Bereich der Vorlaufleitung 12A liegt. Mittels einer regelbaren Drosselung der Kondensatrückleitung ist auch der dritte Wärmetauscher 3 in seiner Wärmeübertragerleistung stufenlos regelbar.

Zwischen der Brennerabgasleitung 5 und dem Abgasrohr 2 ist stromab des ersten Wärme­ tauschers 7 abzweigend eine Zweigleitung 10 vorgesehen, die stromab der Abgasauf­ bereitungsanlage 3 in das Abgasrohr 2 einmündet. An der Abzweigstelle der Zweigleitung 10 von der Brenner-Abgasleitung 5 ist eine Steuerklappe 11 derart angeordnet, daß diese wahlweise die Zweigleitung 10 oder den Durchfluß von Brenngas zur Einmündung 4 versperrt. Alternativ zu einer Einmündung der Zweigleitung 10 stromab der Abgas­ aufbereitungsanlage 3 kann diese auch - wie in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt - als Zweigleitung 10A mit einem darin angeordneten weiteren Wärmetauscher 18, direkt ins Freie ausmünden. In diesem Falle ist der erste Wärmetauscher 7 entbehrlich.

Der Kühlwasserkreislauf 12 umfaßt neben der Vorlaufleitung 12A eine Rücklaufleitung 12B, die einen Fahrzeugwärmetauscher 13 mit der Brennkraftmaschine 1 verbindet. Im Kühlwasserkreislauf 12 ist ferner eine Pumpe 14 vorgesehen, die das im Kreislauf befindliche Wärmeträgermedium auch ohne Betrieb der Brennkraftmaschine 1 umzuwälzen vermag. Der Fahrzeugwärmetauscher 13 ragt austrittsseitig in einen Innenraum 15 des Fahrzeuges hinein, das von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Dem Fahrzeugwärmetauscher 13 ist auf der Zuströmseite ein Gebläse 16 zugeordnet, mittels welchem Heizluft durch den Fahrzeugwärmetauscher 13 in den Innenraum 15 gefördert werden kann.

Von den Wärmetauschern 7, 8, 9 und 18 ist zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nur einer der Wärmetauscher 7, 8 bzw. 18 erforderlich. Der Wärmetauscher 9 ist lediglich in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zusätzlich vorhanden. Es soll zunächst die Variante beschrieben werden, bei der nur der erste Wärmetauscher 7 vorhanden ist, die anderen Wärmetauscher 8, 9 und 18 sowie die Zweigleitung 10 bzw. 10A samt der Steuerklappe 11 hingegen nicht vorhanden ist. Bei dieser einfachen ersten Variante kann bei einem Betrieb des Brenners 6 das von diesem in die Brennerabgasleitung 5 abgegebene heiße Brenngas bei geschlossenem Drosselventil des ersten Wärmetauschers 7 über die Einmündung 4 voll der Abgasaufbereitungsanlage 3 zur Herstellung von deren Herstellung von deren Betriebsbereitschaft zugeleitet werden. Falls es sich bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen Katalysator handelt, so wird dieser durch die heißen Brenngase des Brenners 6 sehr schnell auf die nötige Betriebstemperatur aufgeheizt, um bei einem Start der Brennkraftmaschine einen großen Teil der in deren Abgasen enthaltenen schädlichen Stoffe in unschädliche umzuwandeln. Sollte es sich bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen Rußfilter handeln, so können mittels der heißen Brenngase des Brenners 6 die notwendigen Temperaturen für einen Abbrand, das heißt für eine Regenerierung dieses Filters, erreicht werden. Im letzteren Falle kann dies auch während des laufenden Betriebes erfolgen, wenn die im Abgas enthaltene Energie und der Restgehalt an Sauerstoff für eine Regenerierung nicht ausreichend sind.

Wird dagegen das Drosselventil in der Kondensatrückleitung des ersten Wärmetauschers 7 geöffnet, so wird den Brenngasen des Brenners 6 mittels des Wärmetauschers 7 ein Großteil der Wärmeenergie entzogen und der Brennkraftmaschine 1 bzw. alternativ dem Heiz- bzw. Kühlwasserkreislauf 12 zur Vorwärmung des Schmieröls und/oder des Kühlwassers zugeführt. Die Restwärme dient dabei immer noch zur Vorheizung des Katalysators, der bei einem Start der Brennkraftmaschine somit wesentlich schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Optional kann bei einer Vorwärmung des Kühlwassers auf eine hinreichende Temperatur die Pumpe 14 in Betrieb genommen werden, um dadurch durch Umwälzung des Kühlwassers bei gleichzeitigem Betrieb des Gebläses 16 Wärmeenergie aus dem Kühlwasser durch den Wärmetauscher 13 dem Innenraum 15 zuzuführen. Falls es sich bei der Brennkraftmaschine 1 um eine Dieselbrennkraftmaschine und bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen Rußfilter handelt, so ist als dritte Betriebsart auch ein Zuheizen während des laufenden Betriebes der Brennkraftmaschine 1 möglich. Hierbei wird, wie beim Vorheizen, mit voll geöffnetem Drosselventil der Kondensatrückleitung über den ersten Wärmetauscher 7 den vom Brenner 6 erzeugten Brenngasen ein großer Teil der Wärmeenergie entzogen und der Brennkraftmaschine 1 zugeführt. Bei Dieselbrennkraftmaschinen mit hohem Wirkungsgrad und bei niedrigen Außentemperaturen dient diese Zuheizung dem Ausgleich von Wärmedefiziten für eine Beheizung des Innenraumes 15.

Handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 1 hingegen um einen Ottomotor und bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen geregelten Katalysator mit λ-Regelung, so wird die vorstehend beschriebene erste einfache Variante vorteilhafterweise bei einer zweiten Variante um die Zweigleitung 10 bzw. 10A und die Steuerklappe 11 erweitert. Dadurch wird auch bei Betrieb der Brennkraftmaschine (Ottomotor) 1 ein Zuheizbetrieb mittels der Wärmetauscher 7 bzw. 18 möglich, bei dem die Steuerklappe 11 in die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Lage geschwenkt wird und dabei den Durchtritt zur Einmündung 4 versperrt und die Zweigleitung 10 bzw. 10A freigibt. Das Brenngas des Brenners 6 wird nach dem Verlassen des Wärmetauschers 7 nicht vor der Abgasaufbereitungsanlage 3, sondern erst stromab derselben in das Abgasrohr 2 geführt. Die empfindliche λ-Regelung eines Katalysators wird dadurch durch den Betrieb des Brenners 6 nicht beeinträchtigt. Zu dieser ersten und zweiten Variante mit dem ersten Wärmetauscher 7 mit oder ohne Zweigleitung 10 bzw. 10A und Steuerklappe 11 kann optional der dritte Wärmetauscher 9 hinzutreten, der für eine Übertragung der in den Abgasen enthaltene Restwärme auf die Vorlaufleitung 12A des Kühlwasserkreislaufs 12 vorteilhaft ist.

Bei einer dritten Variante fehlt der erste Wärmetauscher 7 sowie die Zweigleitung 10 und die Steuerklappe 11. Vorhanden nur der zweite Wärmetauscher 8. Ist bei dieser Variante der Brenner 6 in Betrieb und liefert heißes Brenngas über die Einmündung 4 in das Abgasrohr 2, so kann bei geschlossenem Drosselventil in der Kondensatrückleitung des zweiten Wärmetauschers 8 annähernd die gesamte Wärmeenergie für eine Aufheizung der Abgasaufbereitungsanlage 3 zur Verfügung gestellt werden. Bei einem Öffnen der Kondensatrückleitung des zweiten Wärmetauschers 8 wird ein großer Teil der in den Abgasen des Brenners 6 enthaltenen Wärmeenergie auf die Vorlaufleitung 12A übertragen. Dies kann zum einen im Vorheizbetrieb geschehen, bei dem die Brennkraftmaschine 1 außer Betrieb ist. Diese Betriebsart ist ferner jedoch auch bei einer Dieselbrennkraftmaschine denkbar, deren an das Kühlwasser abgegebene Abwärme für eine Beheizung des Innenraumes 15 nicht ausreicht und der in den Phasen, in denen keine Regeneration der Abgasaufbereitungsanlage (Rußfilter) erforderlich ist, sowohl ein im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltener Anteil von Wärmeenergie als auch bei Betrieb des Brenners 6 der in dessen heißen Brenngasen enthaltenen Wärmeenergie entzogen werden kann. Um bei der dritten Variante mit dem zweiten Wärmetauscher 8 auch in dem Fall, bei dem es sich bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 um einen Katalysator mit λ- Regelung handelt, einen Zuheizbetrieb realisieren zu können, ist es erforderlich, daß der Wärmetauscher 9 bzw. 18 sowie die Zweigleitung 10 bzw. 10A und die Steuerklappe 11 als zusätzliche Mittel hinzugefügt werden. In diesem Falle wird beim Zuheizbetrieb durch den Brenner 6 die Steuerklappe 11 in die gestrichelte Position geschwenkt, wodurch das Abgas des Brenners 6 über die Zweigleitung 10 zum dritten Wärmetauscher 9 bzw. über die Zweigleitung 10A zum Wärmetauscher 18 geführt wird. Der Wärmetauscher 9 bzw. 18 überführt dann die im Brenngas enthaltene Wärmeenergie auf die Vorlaufleitung 12A des Kühlwasserkreislaufs 12.

In Fig. 2 werden die Abgase einer Brennkraftmaschine 21 über ein Abgasrohr 22 und eine Abgasaufbereitungsanlage 23 ins Freie geleitet. Zwischen Brennkraftmaschine 21 und Abgasaufbereitungsanlage 23 ist im Abgasstrom ein Brenner 26 angeordnet. Zwischen Brennkraftmaschine 21 und diesem Brenner 26 mündet in das Abgasrohr 22 eine Sekundärluftleitung 19 ein, die mit einem Sekundärluftgebläse 20 verbunden ist.

Zwischen Brenner 26 und Abgasaufbereitungsanlage 23 ist ein Wärmetauscher 28 angeordnet, der Wärme aus den vorbeiströmenden Abgasen aufnimmt und auf eine zu einem Kühl- bzw. Heizwasserkreislauf gehörende Vorlaufleitung 32A überträgt. Die Vorlaufleitung 32A des Kühlwasserkreislaufes ist analog zur Fig. 1 wiederum mit einem hier nicht dargestellten Fahrzeugwärmetauscher verbunden und führt über eine Rücklauf­ leitung 32B zurück zur Brennkraftmaschine 21. Stromab der Abgasaufbereitungsanlage 23 ist ein weiterer Wärmetauscher 29 im Abgasstrom angeordnet. Er dient dazu, die in den Abgasen enthaltene Restwärme aufzunehmen und ebenfalls auf die Vorlaufleitung 32A des Kühl- bzw. Heizwasserkreislaufes zu übertragen. Bei der Abgasaufbereitungsanlage 23 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen geregelten Katalysator, dem eine λ- Sonde 27 vorgeschaltet ist und dessen Bauteiltemperatur mittels eines Temperatursensors 37 überwacht wird. Die Abgasaufbereitungsanlage 23 kann bei Wegfall der λ-Sonde 27 als Rußpartikelfilter einer Dieselbrennkraftmaschine ausgelegt sein.

Die in Fig. 2 dargestellte Anlage ermöglicht folgende Betriebsweisen:
bei nicht laufender Brennkraftmaschine 21 wird dem Brenner 26, der außerdem mit einer nicht dargestellten Brennstoffzuleitung sowie elektrischen Mitteln zur Zündung und Flammüberwachung ausgestattet ist, über die Sekundärluftleitung 19 und das Sekundär­ luftgebläse 20 Brennluft zugeführt. Diese Brennluft wird mit dem Brennstoff zu einem brennfähigen Gemisch aufbereitet und elektrisch gezündet. Die dabei entstehenden heißen Brenngase können zum einen für ein Aufheizen der Abgasaufbereitungsanlage 23 zur Herstellung von deren Betriebsbereitschaft verwendet werden. Dabei ist der Wärmefluß im Wärmetauscher 28, welcher vorzugsweise wiederum als heat-pipe ausgelegt ist, mittels des Drosselventils in der Kondensatrücklaufleitung gesperrt. Der Wärmetauscher 28 nimmt deshalb nur einen sehr geringen Teil der in den Abgasen des Brenners 26 enthaltenen Wärmeenergie auf, wodurch ein schnelles Aufheizen der Abgasaufbereitungs­ anlage 23 gewährleistet ist. Die nach Verlassen der Abgasaufbereitungsanlage 23 noch in den Abgasen enthaltene Restwärme wird vorteilhaft mittels des Wärmetauschers 29 dem Abgasstrom entnommen und bei geöffnetem Drosselventil in der Kondensat­ rücklaufleitung dieses als heat-pipe ausgelegten Wärmetauschers in die Vorlaufleitung 32A eingespeist.

Sekundärluftgebläse 20 und Sekundärluftleitung 19 gehören heute zur Standardausrüstung eines mit einem geregelten Katalysator ausgestatteten Fahrzeuges. Sie werden dort zu einem Ausgleich des Sauerstoffdefizites im Abgas bei einer Gemischanreicherung mit Brennstoff während der Startphase einer Brennkraftmaschine 21 betrieben. Der im Hauptstrom des Abgases angeordnete Brenner wird somit zum einen bei stehender Brennkraftmaschine mit Brennluft über die Sekundärluftleitung 19 versorgt, zum anderen kann er bei laufender Brennkraftmaschine 21 auch teilweise mit dem in den Abgasen enthaltenen Restsauerstoff betrieben werden. Wegen einer Beeinträchtigung der Regelung des Katalysators ist ein solcher Zuheizbetrieb jedoch nur bei Auslegung der Brennkraft­ maschine 21 als Dieselbrennkraftmaschine und entsprechender Auslegung der Abgas­ aufbereitungsanlage 23 als Rußpartikelfilter vorgesehen.

Die Steuerung des Brenners 6 bzw. 26 sowie die Steuerung der Drosselventile in den Kondensatrücklaufleitungen der Wärmetauscher 7, 8, 9, 18, 28 und 29 erfolgt vorzugsweise mittels eines nicht dargestellten Steuergerätes in Abhängigkeit von der mittels eines Temperatursensors 17 bzw. 27 an der Abgasaufbereitungsanlage 3 bzw. 23 ermittelten Betriebstemperatur. Eine solche Anordnung ist jedenfalls dann zweckmäßig, wenn es sich bei der Abgasaufbereitungsanlage 3 bzw. 23 um einen Katalysator handelt. Falls es sich bei Abgasaufbereitungsanlage 3 bzw. 23 um einen Rußfilter handelt, ist es zweckmäßig, daß zur Ermittelung von dessen Betriebstemperatur, anhand deren festgestellt werden kann, ob der Rußfilter heiß genug für einen Abbrand der Rußpartikel ist, zusätzlich ein Drucksensor zur Messung des Abgasgegendrucks vorhanden ist, mittels dem feststellbar ist, ob der Beladungszustand des Filters eine Regeneration erforderlich macht.

Bei Verwendung als Standheizung oder Zusatzheizung kann der Brenner 6 bzw. 26 zusätzlich mittels herkömmlicher Steuerungsmittel, wie sie von den Standheizungen her bekannt sind, gestartet werden. Hier bekommen sowohl ein Sofortstart mittels eines im Innenraum 15 angeordneten Bedienelementes, ein zeitabhängiger Start mittels einer im Innenraum 15 angeordneten Uhr, ein temperaturgesteuerter Start mittels einer im Innenraum 15 angeordnete Temperaturmeßeinrichtung als auch ein Fernstart mittels einer Funkfernbedienung in Betracht.

Bei Verwendung des Brenners 6 bzw. 26 zur Vorheizung eines Katalysators als Abgasauf­ bereitungsanlage 3 bzw. 23 ist eine Steuerung des Brenners 6 bzw. 26 in der Weise sinnvoll, daß mit dem Start der Brennkraftmaschine 1, 21 zunächst die Temperatur des Temperatursensors 17, 37 ermittelt wird, um zu prüfen, ob der Katalysator eine hinreichende Betriebstemperatur hat. Sollte dies nicht der Fall sein, kann mit Betätigung des Starters der Brennkraftmaschine 1 gleichzeitig der Brenner 6 bzw. 26 gestartet werden und für ein vorgegebenes Zeitintervall oder alternativ bis zum Erreichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Katalysators betrieben werden. Ist diese Betriebstemperatur erreicht, so kann sofort die Restwärme aus den Abgasen des Brenners 6, 26 mittels des Wärmetauschers 7 oder des Wärmetauschers 8, 28 entnommen und für Heizzwecke zur Verfügung gestellt werden.

Mittels des vorstehend in mehreren Varianten beschriebenen Systems einer Abgasanlage ist in jedem Falle mittels eines einzigen Brenners die Betriebsbereitschaft einer Abgas­ aufbereitungsanlage aufrecht zu erhalten und gleichzeitig eine Nutzung als Stand- oder Zusatzheizung realisierbar. Die Übertragung der Wärme erfolgt dabei stets an solchen Punkten und mit solchen Mitteln (heat pipes), die eine optimale Nutzung der Wärmeenergie in den Abgasen der Brennkraftmaschine und des Brenners 6 bzw. 26 ermöglichen.

Bezugszeichenliste

1, 21 Brennkraftmaschine
2, 22 Abgasrohr
3, 23 Abgasaufbereitungsanlage
4 Einmündung
5 Brenner-Abgasleitung
6, 26 Brenner
7 erster Wärmetauscher
8, 28 zweiter Wärmetauscher
9, 29 dritter Wärmetauscher
10, 10A Zweigleitung
11 Steuerklappe
12 Heiz- bzw. Kühlwasserkreislauf
12A, 32A Vorlaufleitung
12B, 32B Rücklaufleitung
13 Fahrzeugwärmetauscher
14 Pumpe
15 Innenraum
16 Gebläse
17, 37 Temperatursensor
18 vierter Wärmetauscher
19 Sekundärluftleitung
20 Sekundärluftgebläse
27 λ-Sonde

Claims (11)

1. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (1, 21) mit einer in einem Abgasrohr (2, 22) angeordneten Abgasaufbereitungsanlage (3, 23) (Katalysator, Rußfilter) mit einem Brenner (6, 26), dessen heiße Abgase stromauf der Abgasaufbereitungsanlage (3, 23) zur Gewährleistung der Betriebsbereitschaft derselben in das Abgasrohr (2, 22) eingeleitet werden und mit wenigstens einem Wärmetauscher (7, 8, 9, 18, 28, 29) zur Entnahme von Wärmeenergie aus dem Abgasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Wärmetauscher (7, 8, 18, 28) für eine Entnahme von Wärmeenergie zwischen Brenner (6) und Abgasaufbereitungsanlage (3) vorgesehen ist und daß der Durchfluß eines durch den Wärmetauscher (7, 8, 18, 28) strömenden Wärmeträgers regelbar ist.

2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger eines der Wärmetauscher (7) mit der Brennkraftmaschine (1) in wärmeleitender Verbindung steht.

3. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger über einen Teil (12A, 32A) eines Heiz- bzw. Kühlwasserkreislaufes mit einem Innenraum (15) eines durch die Brennkraft­ maschine (1, 21) angetriebenen Fahrzeuges in wärmeleitender Verbindung steht.

4. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß des Wärmeträgers durch den Wärmetauscher (7, 8, 9, 18, 28, 29) in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasaufbereitungsanlage (3, 23) geregelt wird.

5. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (6, 26) in seiner Leistung regelbar ist.

6. Abgasanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsregelung des Brenners (6, 26) in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennkraftmaschine (1, 21) erfolgt.

7. Abgasanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs­ regelung des Brenners (6, 26) in Abhängigkeit von der Temperatur des Innenraums (15) erfolgt.

8. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer. Wärmetauscher (9, 29) stromab der Abgasaufbereitungsanlage (3, 23) angeordnet ist.

9. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brenner (6) und einer Einmündung (4) am Abgasrohr (2) eine Steuerklappe (11) zur wahlweisen Einleitung der vom Brenner (6) erzeugten Abgase in das Abgasrohr (2) oder in eine an der Abgasaufbereitungsanlage (3) vorbeiführende Zweigleitung (10, 10A) angeordnet ist.

10. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmetauscher (7, 8, 9, 18, 28, 29) und wärmeleitende Verbindung ein Wärmerohr (Heatpipe) verwendet wird.

11. Abgasanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchfluß des Wärmeträgers durch das Wärmerohr mittels eines Drosselventils in der Kondensat­ rücklaufleitung steuer- bzw. regelbar ist.