DE102016009180A1

DE102016009180A1 - Abgaskondensatoranordnung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016009180A1
Application number: DE102016009180.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Käppner; Nuria Garrido-Gonzalez
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2016-07-29
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN107664050A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgaskondensatoranordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskondensator (5) zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors. Bei höheren Umgebungstemperaturen fällt Kondensat in höherer Menge und besserer Qualität dadurch an, dass der Abgaskondensator (5) mit Innenraumabluft (7) kühlbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgaskondensatoranordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskondensator zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt, zur Leistungssteigerung von Verbrennungsmotoren Wasser in den Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors einzuspritzen. Das verdunstende Wasser hat eine kühlende Wirkung und vermindert die Verdichtungsarbeit. Das in den Luftansaugtrakt eingespritzte Wasser bewirkt durch die aufzubringende Verdunstungswärme eine effektive Ladeluftkühlung und ermöglicht ferner eine Innenkühlung des Verbrennungsmotors. Durch die kältere Verbrennungsluft und damit deren höheren Dichte ergibt sich eine Leistungssteigerung. Die zusätzliche Ladeluftkühlung verringert die Klopftendenz bei Ottomotoren und eröffnet neue Möglichkeiten zur Leistungssteigerung oder zum Downsizing.
Um ein Nachfüllen eines Wassertanks durch den Benutzer eines Kraftfahrzeugs zu vermeiden, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein Kondensat zu gewinnen und dieses zu einem Hauptteil aus Wasser bestehende Kondensat zur Wassereinspritzung zu verwenden. Durch die Gewinnung des Wassers aus dem Abgasstroms, unabhängig vom Nachfüllen eines Wassertanks, ist eine Wassereinspeisung auch für einen Kraftfahrzeugmassenmarkt tauglich.
Aus der DE 100 26 695 C1 ist ein Abgaskondensator zur Gewinnung von Wasser durch Kondensation von im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Wasserdampfes bekannt. Es wird eine Temperaturabsenkung des Abgases durch zusätzliche Kühlsysteme insbesondere einen Wärmetauscher und/oder ein Kühlelement bewirkt. Durch die Verwendung der Kühlsysteme wird dem Abgas Wärme entzogen, wodurch die Temperatur des Abgases sinkt und der enthaltene Wasserdampf kondensiert. Der Kondensationswirkungsgrad des Abgaskondensators wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases geregelt. Weist das Abgas eine sehr hohe Temperatur auf, so ist der Wasserdampf stark überhitzt. Zur Verflüssigung von stark überhitztem Wasserdampf bedarf es einer größeren Temperaturabsenkung. Die Temperatur des Abgases wird als Parameter herangezogen, um die Kühlwirkung des Abgaskondensators dahingehend zu verändern, dass der erforderliche Kondensationswirkungsgrad gewährleistet ist. Zur Kühlung des Kondensators ist dieser mit einem Kühlwasserkreislauf der Klimaanlage gekoppelt, um eine Temperatursenkung des Abgases zu erzielen. Alternativ kann der Abgaskondensator ein Peltier-Kühlelement aufweisen. Der Abgaskondensator weist einen Abscheider in Form eines Kondensatsammelbeckens auf. Der Wasserdampf kondensiert an verschieden Begrenzungsflächen des Abgaskondensators. Das kondensierte Wasser fließt anschließend in das Sammelbecken und anschließend in eine Leitungsanordnung. Über die Leitungsanordnung wird das Wasser in einen Tank geleitet. Der Einsatz eines Peltier-Kühlelements oder die Kopplung mit einem Kühlwasserkreislauf einer Klimaanlage sind nicht optimal, da der Einsatz von einem zusätzlichen Peltier-Kühlelement oder eine Kopplung mit dem Kühlwasserkreislauf einer Klimaanlage zusätzliche Kosten hervorruft.
Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2016 002 379.1 ist ein Abgaskondensator zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei mehrere nacheinander von dem Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecken vorhanden sind und mehrere Abscheider zum Abscheiden von Kondensat mit unterschiedlichem Säuregehalt vorhanden sind und diese Abscheider unterschiedlichen Kondensationsstrecken zugeordnet sind. Die Kondensationsstrecken werden von einem Kühlluftstrom angeströmt. Die Kondensationsstrecken erstrecken sich quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs. Entlang der Kondensationsstrecken ergibt sich ein Temperaturgefälle, wobei der ersten Kondensationsstrecke eine Abschirmung zugeordnet ist. Die Abschirmung ist vor der ersten Kondensationsstrecke verschiebbar angeordnet, wobei mittels der Abschirmung der auf die erste Kondensationsstrecke wirkende Kühlmittelstrom regelbar und/oder steuerbar ist. Die Abschirmung kann als Rollo oder Jalousie ausgebildet sein. Da eine Luftstromkühlung verwendet wird, ist der Kühleffekt auf den Kondensationsstrecken unterschiedlich stark, je nachdem mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug bewegt wird, d. h. je nachdem mit welcher Geschwindigkeit die Kondensationsstrecken angeströmt werden, und je nachdem wie hoch die Umgebungstemperatur ist.
Ferner wird die Kondensationsrate durch die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft beeinflusst. Wenn die Luftfeuchtigkeit gering ist, beispielsweise in Regionen mit einem ariden Klima, so ist die Kondensationsrate reduziert. Ferner fällt weniger Kondensat an, je geringer die Luftfeuchtigkeit ist.
Bei höheren Umgebungstemperaturen kann sowohl die verfügbare Kondensationsrate als auch die Qualität des gewonnenen Wassers reduziert sein, was insbesondere oberhalb von 35° Celsius und insbesondere oberhalb von 40° Celsius Umgebungstemperatur auftritt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Abgaskondensatoranordnung derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass bei höheren Umgebungstemperaturen Kondensat in höherer Menge und besserer Qualität anfällt.
Diese Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch eine Abgaskondensatoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der Abgaskondensator ist derart angeordnet und/oder ausgestaltet, so dass der Abgaskondensator mit Innenraumabluft kühlbar ist. Dadurch dass der Abgaskondensator zusätzlich mittels der Innenraumabluft gekühlt wird, wird die Kondensationsrate erhöht. Ferner ist die Qualität des Kondensats hierdurch verbessert.
Das Kraftfahrzeug weist eine Klimaanlage auf, wobei die Innenraumabluft mittels der Klimaanlage kühlbar ist. Die Klimaanlage dient zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums und der Innenraumluft. Die gekühlte Innenraumluft verlässt den Innenraum zum ganz überwiegenden Anteil an dafür vorgesehenen, definierten Abluftöffnungen im Heck des Fahrzeuges. Im Weiteren wird diese als Innenraumabluft bezeichnet. Die Innenraumabluft wird insbesondere bei höheren Umgebungstemperaturen durch eine Klimaanlage gekühlt. Hierdurch ist eine größere Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Innenraumabluft und der Umgebungstemperatur erzielbar. Die Temperatur der Innenraumabluft kann dabei deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur liegen.
Es ist ein Gebläse vorgesehen, um den Abgaskondensator mittels der Innenraumabluft anzuströmen. Hierdurch kann der Abgaskondensator bedarfsweise angeströmt werden. Das Gebläse ist vorzugsweise regelbar oder steuerbar. Mittels des Gebläses kann Innenraumabluft durch eine Verbindungsöffnung oder durch eine Verbindungsleitung zu dem Abgaskondensator geleitet werden.
Der Abgaskondensator ist unterhalb des Bodens des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Gebläse ist einer Verbindungsöffnung im Boden des Kraftfahrzeugs zugeordnet, insbesondere an der Öffnung vorzugsweise innenraumseitig angeordnet.
Die Verbindungsöffnung zwischen dem Innenraum und dem außerhalb des Innenraums angeordneten Abgaskondensator ist mittels einer Klappe, insbesondere einer Rückschlagklappe verschließbar. Falls eine Verbindungsleitung vorhanden ist, ist die Verbindungsleitung mittels der Klappe verschließbar. Wenn das Gebläse eingeschaltet ist, so öffnet die Klappe und der Abgaskondensator wird von der Innenraumabluft angeströmt. Wenn das Gebläse nicht in Betrieb ist, so ist die Klappe verschlossen und es tritt kein Energieverlust durch Austritt von gekühlter Innenraumabluft auf.
Der Abgaskondensator wird von Umgebungsluft, nämlich vom Fahrtwind angeströmt. Dies ermöglicht es, bei niedrigen Umgebungstemperaturen auf das Anströmen mit Innenraumabluft zu verzichten und somit Energie zu sparen.
Der Abgaskondensator ist insbesondere an einem hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Abgaskondensator kann insbesondere im Bereich der Rücksitzbank oder im Bereich des Reserverads, beispielsweise im Bereich des Kofferraums unterhalb des Bodens angeordnet sein. Der Abgaskondensator ist in Längsrichtung gesehen beispielsweise hinter der Hinterachse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Abgasstrom bereits eine längere Strecke vom im vorderen Bereich des Kraftfahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotors durch die Abgasanlage zurückgelegt hat, somit bereits stärker gekühlt ist eine niedrigere Temperatur aufweist. Die Kondensationsrate und die Qualität des Kondensats sind hierdurch verbessert. Das Gebläse und die Verbindungsöffnungen können im Boden im Bereich der Reserveradmulde in einer Ausgestaltung oder in alternativer Ausgestaltung im Boden im Bereich der Rückbank angeordnet sein.
Das Kühlen mittels Innenraumabluft ist insbesondere auch in Regionen mit einem ariden Klima von Vorteil. Das mittels der Klimaanlage gebildete Kondensat wird vorzugsweise ebenfalls gesammelt ist und zur Wassereinspritzung verwendet. Hierbei wird zum einem das mittels des Abgaskondensators gesammelte Kondensat und zum anderen des von der Klimaanlage erzeugte Kondensat in einem entsprechenden Tank geleitet. In Regionen mit einer nur geringen Luftfeuchtigkeit, wird durch die Klimaanlage nur wenig Kondensat produziert. Gerade in diesen Regionen ist vorteilhaft die Kühlwirkung der Innenraumabluft zu nutzen, um die Qualität des Kondensats zu verbessern und die Menge des gewonnenen Kondensats zu steigern.
Die Abgasanordnung wird mit folgendem Verfahren betrieben, wobei der Abgaskondensator mittels der Innenraumabluft angeströmt wird, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb eines Schwellwertes liegt und/oder die Umgebungstemperatur um eine bestimmte Temperaturdifferenz größer ist als die Temperatur der Innenraumabluft.
Bedarfsweise wird der Abgaskondensator mit der gekühlten Innenraumabluft angeströmt. Dieses Anströmen mit Innenraumabluft kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb von einem Schwellwert liegt. Der Schwellwert kann beispielsweise bei 35° Celsius liegen. Hierbei wird der Abgaskondensator sowohl von der Umgebungsluft als auch von der Innenraumabluft angeströmt. Wenn die Umgebungstemperatur über einen bestimmten Schwellwert steigt, beispielweise über einen Schwellenwert von 35° Celsius oder über einen Schwellwert von 40° Celsius steigt, so wird nun Innenraumabluft aus dem Innenraum zu dem Abgaskondensator geleitet. Es ist denkbar, zusätzlich oder alternativ abzufragen, ob die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Innenraumabluft eine bestimmte Temperaturdifferenz überschreitet. Beispielsweise kann die Temperaturdifferenz Celsius 5° oder 10° Celsius betragen.
Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden, entsprechende Vorteile sind erzielt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, insbesondere die erfindungsgemäße Abgaskondensatoranordnung auf vorteilhafte Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Einzelnen wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der folgenden Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 In einer stark schematischen seitlichen Darstellung ein hinterer Bereich eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskondensator, wobei der Abgaskondensator von Umgebungsluft angeströmt wird.
2 In einer stark schematischen seitlichen Darstellung der hintere Bereich des Kraftfahrzeugs, wobei der Abgaskondensator zusätzlich mit gekühlter Innenraumabluft angeströmt wird.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1, nämlich insbesondere ein hinterer Bereich 2 stark schematisch angedeutet. Das Kraftfahrzeug 1 ist insbesondere als Personenkraftfahrzeug (PKW) ausgebildet. Zu erkennen ist ein hinteres Rad 3. Das Kraftfahrzeug 1 weist einen Boden 4 auf.
Unterhalb des Bodens 4 ist ein Abgaskondensator 5 angeordnet. Der Abgaskondensator 5 weist mehrere nicht näher dargestellte Leitungen, insbesondere Rohre auf, wobei die Rohre im Inneren von dem Abgasstrom (nicht näher dargestellt) durchströmt werden. Von außen wird der Abgaskondensator 5 von einem Luftstrom angeströmt und entsprechend gekühlt. Das in den Rohren kondensierende wasserhaltige Kondensat wird gesammelt und zur Wassereinspritzung verwendet. Der Abgaskondensator 5, nämlich die entsprechenden Rohrbündel werden zum einem von der Umgebungsluft, nämlich dem entsprechenden Fahrtwind 6 angeströmt bzw. und die Zwischenräume zwischen den Rohren durchströmt.
Hierzu ist ein Gebläse 9 vorhanden. Das Gebläse 9 ist am Boden 4 angeordnet. Der Boden 4 weist eine nicht näher bezeichnete Verbindungsöfnnung auf. An der Verbindungsöffnung ist das Gebläse 9 innenraumseitig angeordnet. Die Verbindungsöffnung ist mittels einer Klappe insbesondere mittels einer Rückschlagklappe verschließbar, um eine Erwärmung des Innenraums zu vermeiden. Das Gebläse 9 und die Verbindungsöffnung können im Bereich der Reserveradmulde oder alternativ im Bereich der unter der Rückbank angeordnet sein. Hierdurch ist es möglich bei hohen Umgebungstemperaturen die Kondensationsrate des Abgaskondensators 5 zu erhöhen und ferner die Qualität des Kondensats zu verbessern.
Wenn die Umgebungstemperatur der Umgebungsluft unterhalb von insbesondere 40° Celsius und nämlich insbesondere unterhalb von 35° Grad liegt, erfolgt die Kühlung ausschließlich durch die Umgebungsluft. Wenn die Umgebungstemperatur über einen bestimmten Schwellwert steigt, beispielweise über einen Schwellenwert von 35° Celsius oder über einen Schwellwert von 40° Celsius steigt, so wird nun Innenraumabluft 7 aus dem Innenraum 8 zu dem Abgaskondensator 5 geleitet. Es ist denkbar, zusätzlich abzufragen, ob die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Innenraumabluft eine bestimmte Temperaturdifferenz überschreitet. Beispielsweise kann die Temperaturdifferenz 5° Celsius oder 10° Celsius betragen.
Vorzugsweise wird ferner mittels der Klimaanlage gewonnenes Kondensat ebenfalls zur Wassereinspritzung verwendet.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: hinterer Bereich
3: Hinterrad
4: Boden
5: Abgaskondensator
6: Umgebungsluft/Fahrtwind
7: Innenraumabluft
8: Innenraum
9: Gebläse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10026695 C1 [0004]
DE 102016002379 [0005]

Claims

Abgaskondensatoranordnung eines Kraftfahrzeugs mit einem Abgaskondensator (5) zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (5) mit Innenraumabluft (7) kühlbar ist.
Abgaskondensatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gebläse (9) vorgesehen ist, um den Abgaskondensator (5) mittels der Innenraumabluft (7) anzuströmen.
Abgaskondensatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (5) unterhalb eines Bodens (4) eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das Gebläse (9) einer Verbindungsöffnung im Boden (4) des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
Abgaskondensatoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsöffnung zwischen dem Innenraum (8) und dem Abgaskondensator (5) mittels einer Klappe, insbesondere einer Rückschlagklappe verschließbar ist.
Abgaskondensatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (5) von Umgebungsluft, nämlich vom Fahrtwind (6) angeströmt wird.
Abgaskondensatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (5) in einem hinteren Bereich (2) des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Abgaskondensatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug eine Klimaanlage aufweist, wobei die Innenraumabluft mittels der Klimaanlage kühlbar ist.
Abgaskondensatoranordnung, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Klimaanlage gebildetes Kondensat sammelbar ist und zur Wassereinspritzung verwendbar ist.
Verfahren zum Betrieb einer Abgaskondensatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskondensator (5) mittels der Innenraumabluft (7) angeströmt wird, wenn die Umgebungstemperatur oberhalb eines Schwellwertes liegt und/oder die Umgebungstemperatur um eine bestimmte Temperaturdifferenz größer ist als die Temperatur der Innenraumabluft.