DE102018129955B4 - Abgasanlage mit Vorkonditionierung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Vorkonditionieren einer Abgasanlage (100) zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors (1), insbesondereeines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs (200),wobei in der Abgasanlage (100) von einem Heizelement (8) Luft erhitzt wird,wobei von einem Gebläse in der Abgasanlage (100) mit der erhitzten Luft ein Heißluftstrom erzeugt wird,wobei ein erster Katalysator (7) der Abgasanlage (100) von dem Heißluftstrom auf eine minimale Betriebstemperatur erwärmt wird, wobei als Gebläse ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader (5a, 5b) genutzt wird,dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (51, 5b) im Betrieb als Gebläse mit einer zum Betrieb als Ladeluftverdichter umgekehrten Laufrichtung betrieben wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorkonditionieren einer Abgasanlage zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasanlage, eine Abgasanlage und ein Kraftfahrzeug.
  • Im Zuge der stetigen Optimierungen zur Senkung der Schadstoffemissionen bei Verbrennungsmotoren stellt bei Ottomotoren der Dreiwegekatalysator und bei DieselMotoren der Oxidationskatalysator in Verbindung mit einer SCR-Abgasnachbehandlung den Stand der Technik dar. Zusätzlich werden zur Minderung der Rußemissionen Partikelfilter eingesetzt, die bei Diesel-Fahrzeugen bereits Standard sind und zunehmend auch in Otto-Anwendungen zu finden sind. Der Fokus der hier beschriebenen Erfindung liegt auf den gasförmigen Schadstoffen, also den Kohlenwasserstoffen (HC), dem Kohlenmonoxid (CO) und den Stickoxiden (NOx). Beim Otto-Motor findet bei der sogenannten 3-Wege-Reaktion gleichzeitig die Oxidation von HC und CO zu CO2 und H2O und die Reduktion von NOx zu N2 + O2 statt. Bei Diesel-Systemen findet aufgrund des erheblichen Luftüberschusses im Oxidationskatalysator nahezu nur eine 2-Wege-Reaktion, nämlich die Oxidation von HC und CO zu CO2 und H2O statt. Die NOx-Reduktion dagegen läuft im Wesentlichen im SCR-Kat unter Zugabe eines Reduktionsmittels, beispielsweise wässriger Harnstofflösung, statt.
  • Die Dreiwege- bzw. Oxidationskatalysatoren sind grundsätzlich identisch aufgebaut. Sie bestehen aus einer oder mehreren keramischen Trägermatrizen mit sehr vielen kleinen Kanälen, auf deren Oberfläche eine hochporöse keramische Beschichtung, der sogenannte Washcoat, aufgebracht wird, welcher die Oberfläche noch einmal erheblich vergrößert. In diesmn Washcoat sind die eigentlichen chemischen Katalysatoren, die Edelmetalle Platin, Palladium und Rhodium, eingebettet. Ein betriebswarmer Dreiwegekatalysator wandelt mehr als 99,9 Prozent der gasförmigen Schadstoffe in die unschädlichen Reaktionsprodukte um. Damit die Reaktion stattfinden kann, ist eine minimale Betriebstemperatur der Katalysatoren notwendig. Man spricht hierbei von der sogenannten lightoff-Temperatur, welche ungefähr 300°C beträgt. Unterhalb dieser Temperatur läuft die Reaktion nicht oder unvollständig ab. Die Aufheizung der Katalysatoren erfolgt üblicherweise mittels des Verbrennungsabgases direkt. Das bedeutet, dass in den ersten Sekunden nach dem Motorstart vor Erreichen der lightoff-Temperatur die Verbrennungsabgase den Katalysator teilweise unkonvertiert verlassen. Mehr als 80% der Schadstoffe im Testzyklus entstehen unmittelbar nach dem Motorstart vor Erreichen lightoff-Temperatur. Ziel der bisherigen Entwicklung war es daher, diese Anspringzeit, das heißt die Zeit bis zum Erreichen lightoff-Temperatur, auf ein Minimum zu verkürzen. Dies wurde im Wesentlichen durch folgende Ansätze erreicht:
    1. 1. Verringerung der Wärmeverluste durch möglichst motornahe Position der Abgasnachbehandlungseinrichtungen und/oder Isolation der Abgaskomponenten,
    2. 2. Herabsetzung der lightoff-Temperatur durch chemische Optimierung der Katalysatorbeschichtungen und Edelmetall-Zusammensetzungen,
    3. 3. Verbesserung des Wärmeübergangs vom Abgas zum Katalysator durch Optimierung der Katalysatoranströmung durch CFD-Simulation und
    4. 4. Erhöhung der Enthalpie im Abgas durch spezielle Betriebsmodi des Motors, sogenanntes Katheizen.
  • Es ist erkennbar, dass für die Erreichung zukünftiger Emissionsvorschriften diese konventionellen Maßnahmen nicht mehr ausreichend sein werden. Außerdem ergeben sich aus den Ansätzen auch Nachteile für andere Betriebspunkte. Der Ansatz 1. hat z.B. zur Folge, dass im Hochlastbetrieb die Bauteiltemperaturen stark ansteigen. Die getroffenen Bauteilschutzmaßnahmen führen i.d.R. zu einem Anstieg der CO2-Emissionen. Dasselbe gilt für den Ansatz 4, der im Katheizbetrieb ebenfalls erhöhte CO2-Emissionen verursacht.
  • Das Ziel der nachfolgend beschriebenen Erfindung besteht darin, die Abgasnachbehandlungseinrichtung durch eine externe Heizvorrichtung derart zu konditionieren, dass bereits bei Motorstart die lightoff-Temperatur erreicht ist und eine unmittelbare Konvertierung der Abgase erfolgt.
  • Nach dem Stand der Technik sind Katheizvorrichtungen bekannt, bei denen eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (i.d.R. Metall-Katalysator) mittels eines elektrischen Heizelementes durch Wärmeleitung und Konvektion aufgeheizt wird. Nachteil solcher Systeme sind die aufgrund der vorhandenen 12V-Bordspannung begrenzten Heizleistungen oder bei ausreichender Heizleistung die Notwendigkeit eines Hochvolt-Bordnetzes und dem damit verbundenen Zusatzaufwand. Ferner bekannt sind Lösungen, bei denen durch einen mit dem Kraftstoff des Fahrzeuges betriebenen Brenner mittels einer Flamme eine konvektive Aufheizung des Katalysators erreicht wird. Der Nachteil hierbei besteht im Wesentlichen darin, dass die Brennerflamme selbst Emissionen verursacht, die stark vom verwendeten Fahrzeugkraftstoff abhängig sind.
  • Aus den Druckschriften DE 10 2018 107 743 A1 und DE 10 2017 213 004 A1 sind ein Verfahren bzw. eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welchen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Erreichen einer Light-Off-Temperatur geheizt wird. Die Druckschrift DE 10 2014 017 160 A1 offenbart ein Verfahren zum Regenerieren einer Nachbehandlungseinrichtung für Abgase.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vorkonditionierung einer Abgasanlage bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und nur sehr wenig Heizenergie benötigt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, ohne Start des Verbrennungsmotors mit einem Heißluftstrom den Katalysator, also die Abgasreinigungsanlage, zu heizen und so auf die minimale Betriebstemperatur, also die lightoff-Temperatur, zu bringen. Der erste Katalysator wird im Folgenden auch als Start-Kat bezeichnet.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die erhitzte Luft in der Abgasanlage zum Erwärmen des ersten Katalysators umgewälzt wird und bis zum Erreichen der minimalen Betriebstemperatur nicht aus der Abgasanlage abgeführt wird, wobei die Abgasanlage auspuffseitig vorzugsweise von einem Ventil verschlossen wird und wobei die Abgasanlage motorseitig besonders bevorzugt durch eine geschlossene Stellung der Abgasventile des Verbrennungsmotors und/oder durch ein weiteres Ventil verschlossen wird. Dies ermöglicht, dass der Heißluftstrom wie in einem Windkanal zirkuliert und so deutlich weniger Heiz- und Gebläseleistung aufgewendet werden muss. Die heiße Luft bleibt innerhalb der Abgasanlage und entweicht nicht durch den Auspuff nach außen.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass als Gebläse ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader genutzt wird. Dies ermöglicht die Erzeugung des Heißluftstromes ohne die Notwendigkeit der Installation einer zusätzlichen Vorrichtung. Somit werden Kosten, Gewicht und Fertigungsaufwand gering gehalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Heißluftstrom in einem Kreislauf durch das Gebläse und durch den ersten Katalysator geführt wird, wobei der Heißluftstrom dazu teilweise durch eine Bypass-Leitung geführt wird, wobei zum Führen des Heißluftstromes durch die Bypass-Leitung vorzugsweise ein Bypass-Ventil zumindest teilweise geöffnet wird. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise, dass der Heißluftstrom sehr effizient genutzt wird. Durch die Zirkulation der erhitzten Luft durch die Bypass-Leitung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, Turbulenzen im Heißluftstrom zumindest außerhalb des ersten Katalysators größtenteils zu vermeiden und so die Gebläseleistung reduzieren zu können. Mit dem Bypass-ventil ist es vorteilhaft möglich, die Bypass-Leitung je nach Anforderung an das Abgassystem zu öffnen, zu schließen und vorzugsweise teilweise zu öffnen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Heizelement ein elektrisch betriebenes Heizelement verwendet wird. Elektrisch betriebene Heizelemente sind effizient, sicher, gut kontrollierbar und erzeugen keine Abgase, welche ihrerseits wieder gereinigt werden müssten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur des ersten Katalysators von einem Temperatursensor überwacht wird und/oder die Temperatur des Heißluftstromes von dem Temperatursensor überwacht wird, wobei das Gebläse und/oder das Heizelement anhand von Temperaturdaten des Temperatursensors gesteuert werden. Dies ermöglicht eine direkte Kontrolle der Vorkonditionierung. Denkbar ist, dass die Temperaturdaten von einem Motorsteuergerät überwacht werden und dass ein Start des Verbrennungsmotors freigegeben wird, sobald der erste Katalysator die minimale Betriebstemperatur erreicht hat.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Abgasturbolader im Betrieb als Gebläse mit einer zum Betrieb als Ladeluftverdichter umgekehrten Laufrichtung betrieben wird. Damit wird eine vorteilhafte Strömung der erhitzten Luft erzeugt.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei in einem Vorkonditionierungsschritt bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor die Abgasanlage in einem Vorkonditionierungsmodus betrieben wird, wobei ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vorkonditionieren der Abgasanlagedurchgeführt wird, wobei in einem dem Vorkonditionierungsschritt nachgeordneten Normalbetriebsschritt die Abgasanlage in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, wobei das Heizelement und das Gebläse abgeschaltet und der Verbrennungsmotor gestartet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage ermöglicht eine effiziente und energiesparende Vorkonditionierung der Abgasanlage vor einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ventil zwischen dem Vorkonditionierungsschritt und dem Normalbetriebsschritt geöffnet wird. Dies ermöglicht einen Fahrbetrieb mit eingeschaltetem Verbrennungsmotor.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass im Normalbetriebsmodus das Heizelement zum Erwärmen eines zweiten Katalysators auf eine minimale Betriebstemperatur des zweiten Katalysators angeschaltet wird und wobei das Heizelement bei Erreichen der minimalen Betriebstemperatur des zweiten Katalysators abgeschaltet wird. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise das Heizen des zweiten Katalysators. Zum Heizen des zweiten Katalysators ist somit keine weitere Heizvorrichtung notwendig, sondern es kann die Heizvorrichtung genutzt werden, welche auch zur Erzeugung des Heißluftstromes zur Erwärmung des ersten Katalysators vorgesehen ist. Denkbar ist, dass die Temperatur des zweiten Katalysators mit einem weiteren Temperatursensor überwacht wird und dass das Heizelement anhand von weiteren Temperaturdaten des weiteren Temperatursensor gesteuert wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bypass-Ventil als externes Wastegate des Abgasturboladers genutzt wird, wobei bei geöffnetem Bypass-Ventil Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor durch die Bypass-Leitung an dem Abgasturbolader und an dem ersten Katalysator vorbeigeleitet werden und wobei über einen Grad der Öffnung des Bypass-Ventils ein durch den Abgasturbolader erzeugter Ladedruck geregelt wird. Dies ermöglicht einen effektiven Betrieb der Abgasanlage beim Fahren mit dem Verbrennungsmotor. Möglich ist dabei, das Fahrzeug in einem reinen Saugmotor-Betrieb zu fahren, bei dem das Bypass-Ventil vollständig geöffnet ist und das Verbrennungsabgas am Abgasturbolader und am ersten Katalysator vorbeigeführt wird. Damit wird der Weg der Verbrennungsabgase entdrosselt.
  • Denkbar ist, dass vor dem Abgasturbolader ein Turbolader-Ventil angeordnet ist, so dass bei geschlossenem Turbolader-Ventil die Verbrennungsabgase ausschließlich durch die Bypass-Leitung strömen und nicht durch den Abgasturbolader und den ersten Katalysator.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betriebstemperatur des ersten Katalysators im Normalbetriebsmodus von dem Temperatursensor überwacht wird und dass das Bypass-Ventil geschlossen wird, wenn die Betriebstemperatur des ersten Katalysators unter die minimale Betriebstemperatur des ersten Katalysators fällt. Dies ermöglicht ein Warmhalten des ersten Katalysators. Denkbar ist beispielsweise, dass dies bei Hybrid-Fahrzeugen notwendig ist, wenn diese längere Zeit ausschließlich elektrisch fahren.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasanlage zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, wobei die Abgasanlage einen Abgaskrümmer zur Aufnahme der Verbrennungsabgase vom Verbrennungsmotor aufweist, wobei die Abgasanlage ein Gebläse, einen ersten Katalysator, ein Heizelement zum Heizen von Luft, einen ersten Leitungsabschnitt, einen zweiten Leitungsabschnitt, einen dritten Leitungsabschnitt und eine Bypass-Leitung aufweist, wobei der erste Katalysator einen Katalysatorausgang aufweist, wobei der Abgaskrümmer mit dem ersten Leitungsabschnitt verbunden ist, wobei der zweite Leitungsabschnitt, das Gebläse, der erste Katalysator und der Katalysatorausgang zu einem ersten Abgasweg zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem dritten Leitungsabschnitt verbunden sind, wobei die Bypass-Leitung ein zweiter Abgasweg zwischen dem ersten Leitungsabschnitt und dem dritten Leitungsabschnitt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasweg und der zweite Abgasweg einen Kreislauf bilden. Die erfindungsgemäße Abgasanlage ermöglicht das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorkonditionierung der Abgasanlage und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage und weist alle Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vorkonditionierung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb auf.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am dritten Leitungsabschnitt ein Ventil zum Verschließen des dritten Leitungsabschnittes angeordnet ist. Dies ermöglicht, die Abgasanlage auspuffseitig so abzuschließen, dass eine Vorkonditionierung der Abgasanlage mit erhitzter Luft möglich ist, ohne dass die erhitzte Luft aus der Abgasanlage austritt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass an der Bypass-Leitung ein Bypass-Ventil zum Verschließen der Bypass-Leitung angeordnet ist, wobei das Bypass-Ventil vorzugsweise in seinem Grad der Öffnung einstellbar ist, wobei das Bypass-Ventil besonders bevorzugst eine Drosselklappe ist. Dies ermöglicht das Zu- und Abschalten der Bypass-Leitung. Ist das Bypass-Ventil im Grad der Öffnung einstellbar, so kann es auch vorteilhaft als externes Wastegate eines Abgasturboladers dienen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gebläse ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader ist. Damit ist vorteilhaft möglich, einen bereits in der Abgasanlage verbauten Abgasturbolader statt eines eigenen Bauteils für das Gebläse zu nutzen, was Kosten, Gewicht und Fertigungsaufwand reduziert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der dritte Leitungsabschnitt mit einem zweiten Katalysator verbunden ist. Der zweite Katalysator wird im Folgenden auch mit Haupt-Kat bezeichnet. Er dient der weiteren Abgasbehandlung.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abgasanlage einen Temperatursensor aufweist, wobei der Temperatursensor vorzugsweise am ersten Katalysator angeordnet ist, wobei der Temperatursensor vorzugsweise zum Erfassen der Temperatur des ersten Katalysators ausgebildet ist. Mit dem Temperatursensor ist eine Steuerung des Gebläses und der Heizeinrichtung anhand von Temperaturdaten, welche die Betriebstemperatur des ersten Katalysators betreffen, möglich.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass am ersten Leitungsabschnitt ein weiteres Ventil zum Verschließen des ersten Leitungsabschnittes angeordnet ist. Dies ermöglicht zu verhindern, dass erwärmte Luft aus der Abgasanlage in den Verbrennungsmotor strömt.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Abgasanlage.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, wobei die Abgasanlage nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Vorkonditionieren der Abgasanlage vorkonditioniert wird und/oder gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage betrieben wird.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
    • 1 illustriert schematisch die Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 illustriert schematisch das Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In 1 ist schematisch die Abgasanlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Gebläse gekoppelt mit dem elektrischen Heizelement 8 (Prinzip Heissluft-Fön), wodurch ein Heißluftstrom erzeugt wird, der den Katalysatormonolith des ersten Katalysators 7, im Folgenden auch Star-Kat 7 genannt, konvektiv bis auf ca. 300°C aufheizt. Um nur so wenig wie möglich Heizenergie und Gebläseleistung aufwenden zu müssen, wird die Luft innerhalb der Abgasanlage 100 wie in einem Windkanal kontinuierlich umgewälzt.
  • An den Verbrennungsmotor 1 schließt sich der Abgaskrümmer 2 an, der die Verbrennungsabgase mehrerer Zylinder einer Zylinderbank des Verbrennungsmotors 1 zusammenführt und dem ersten Leitungsabschnitt 3 zuführt. Der erste Leitungsabschnitt verzweigt sich in den zweiten Leitungsabschnitt 4b und die Bypass-Leitung 4a. Der erste Leitungsabschnitt 4b mündet in ein Turbinengehäuse mit der Turbine 5a des Abgasturboladers 5a, 5b. Dieser ist dabei als elektrisch unterstützter Abgasturbolader 5a, 5b ausgeführt, was durch den auf einer Turboladerwelle angeordneten Elektromotor 6 angedeutet ist. An die Turbine 5a schließt sich eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung, hier der Start-Kat 7 an. Am Start-Kat 7 ist das Heizelement 8 angeordnet, welches vorzugsweise aber nicht zwingend in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Start-Kat angeordnet ist. Der Richtung eines Abgasstroms folgend verzweigt sich der Katalysatorausgang 9a in die Bypass-Leitung 4a und den dritten Leitungsabschnitt 9b. Die Bypass-Leitung 4a stellt eine Umgehung und den Abgasturbolader 5a, 5b und den Start-Kat 7 dar. Innerhalb der Bypass-Leitung 4a ist das Bypass-Ventil 12 angeordnet. Am dritten Leitungsabschnitt 9b ist das Ventil 10 angeordnet, welchem in Richtung der Verbrennungsabgase der zweite Katalysator 11, im Folgenden als Haupt-Kat 11 bezeichnet, folgt. Der Temperatursensor 13 überwacht die Temperatur des Start-Kats 7 und regelt die Heizleistung des Heizelementes 8.
  • Zum Vorkonditionieren der Abgasanlage 100 ist das Bypass-Ventil 12 vollständig geöffnet und das Ventil 10 vollständig geschlossen. Ziel ist die Erzeugung eines zirkulierenden Luftmassenstromes unter kontinuierlicher Zuführung von Heiz-Energie unabhängig vom Betrieb des Verbrennungsmotors 1 zur konvektiven Aufheizung des Start-Kats 7 und der aller weiteren gasführenden Bauteile der Abgasanlage 100. Der Abgasturbolader 5a, 5b wird durch den Elektromotor 6 entgegen der eigentlichen Strömungsrichtung bei Betrieb des Verbrennungsmotors 1 betrieben. Dadurch wird aus der Turbine 5a des Abgasturboladers 5a, 5b ein elektrisches hochtemperaturbeständiges Gebläse, welches den gewünschten Heißluftstrom erzeugt. Die Effizienz ist zwar gering, der benötigte Massenstrom ist im Vergleich zum Betrieb des Verbrennungsmotors 1 aber auch erheblich kleiner. Zudem gelangen die Verluste als dissipierte Energie in Form von Wärme in die Abgasanlage 100 und stellen damit im Sinne der Zielsetzung der vorliegenden Erfindung keine Verluste dar. Die in der Abgasanlage 100 befindliche Luft wird durch die Turbine 5a des Abgasturboladers 5a, 5b in der vorliegenden Darstellung im Uhrzeigersinn gefördert und gelangt durch den zweiten Leitungsabschnitt 4b, die Bypass-Leitung 4a und den Katalysatorausgang 9a zum Heizelement 8. Während der Durchströmung wird der Luftmassenstrom konvektiv aufgeheizt und gibt anschließend einen Teil seiner Energie an den Start-Kat 7 ab. Anschließend passiert der Heißluftstrom die Turbine 5a des Abgasturboladers 5a, 5b und heizt auch diese konvektiv auf. Danach beginnt der Zyklus von vorn. Aufgrund des geschlossenen Ventils 10 bleibt der Heißluftstrom „eingeschlossen“. Zur Vermeidung eines Rückströmens des Heißluftstromes in den Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 1 können zwei Strategien verfolgt werden. Entweder ist ein nicht dargestelltes weiteres Ventil in den ersten Leitungsabschnitt 3 eingefügt, welches zur Vermeidung des Rückstromes geschlossen wird, oder es wird der Verbrennungsmotor 1 so abgestellt, dass beim Wiederstart alle Auslassventile des Verbrennungsmotors 1 geschlossen sind. Dies kann durch eine entsprechende Lagerückmeldung erreicht werden. Dadurch staut sich die Luft im Abgaskrümmer 2 auf und der Heißluftstrom und die beinhaltete Wärmeenergie gehen nicht in Richtung des Verbrennungsmotors 1 verloren, sondern rezirkulieren im Kreislauf des Abgassystems 100. Grundsätzlich ist der konvektive Wärmeübergang von einem Gas an einen Festkörper abhängig von der wärmeaustauschenden Oberfläche, den Wärmekapazitäten und der Temperaturdifferenz. Im Sinne einer möglichst kurzen Heiz-Zeit ist ein maximaler Wärmeübergang erwünscht. Der Vorteil der beschriebenen Anordnung besteht darin, dass aufgrund des geschlossenen Kreislaufs im Abgassystem 100 erheblich weniger Heizleistung aufgewendet werden muss, da der Heißluftstrom nach Passieren des Start-Kats 7 wieder von der Turbine 5a umgewälzt und weiter erwärmt wird. Das heißt die restliche Wärmeenergie des Heißluftstrom, die nicht durch Konvektion an die Festkörper abgegeben werden konnte, verbleibt in der Abgasanlage 100 und muss durch das Heizelement 8 nicht erneut aufgebracht werden. In der Folge können somit die Heizzeit und/oder die Heizleistung erheblich reduziert werden. Im Gegensatz dazu wird bei den bekannten externen Heizvorrichtungen (Katheizscheibe, Brenner) die Energie nicht so effizient genutzt, da der Luftmassenstrom nach einmaligem Passieren des Katalysators in Richtung Schalldämpferanlage strömt und seine restliche Wärmeenergie an dieselbe und die Umwelt abgibt.
  • Im Falle des Heizelementes 8 und des Star-Kats 7 wird der Umstand ausgenutzt, dass diese jeweils sehr große Oberflächen aufweisen (ähnlich denen von Wärmetauschern). Das bedeutet, dass sich ein vergleichsweise hoher konvektiver Wärmeübergang einstellt. Die Oberflächen der Abgasrohre der Abgasanlage 100 und der Turbine 5a sind demgegenüber vergleichsweise klein. Folglich werden sich die Turbine 5a, die Abgasrohre und der Abgaskrümmer 2 sehr viel langsamer aufheizen, als der Start-Kat 7. Nichtsdestotrotz wird sich in Abhängigkeit der Heizleistung und des Gebläsemassenstromes auch hier eine thermische Konditionierung, also eine Aufheizung, einstellen, die dazu führt, dass sich beim folgendem Start des Verbrennungsmotors 1, das vom Verbrennungsmotor 1 kommende Verbrennungsabgas an diesen Bauteilen weniger stark abkühlt als beim einer nicht-vorkonditionierten Abgasanlage. Dies stellt einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung dar.
  • Zur Vermeidung überkritischer bauteilschädigender Temperaturen am Heizelement 8 und am Start-Kat 7 wird die Temperatur der zirkulierenden Luft mittels des Temperatursensors 13 überwacht und die Heizleistung entsprechend eingeregelt. Ebenso wird mit dem Temperatursensor 13 die Temperatur des Start-Kats 7 sensiert.
  • Nach Erreichen der lightoff-Temperatur des Start-Kats 7 schalten sich der Elektromotor 6 und das Heizelement 8 ab, und der Motorstart wird über ein Motor-Steuergerät freigegeben.
  • Im Sinne einer möglichst kurzen Heiz-Zeit sind die aufzuheizenden thermischen Massen des Start-Kats 7, der Turbine 5a und sämtlicher Abgasrohre möglichst klein gewählt. Dies wirkt sich auf die Dimensionierung des Volumenverhältnisses Start-Kat 7 zu Haupt-Kat 11 aus. Weiterhin ist zumindest der Start-Kat 7 gegen Wärmeverluste thermisch isoliert. Das Bypass-Ventil 12 ist gasdicht ausgeführt, um einen Abgasschlupf am Start-Kat 7 vorbei zu unterbinden. Das Ventil 10 ist ebenfalls mit einer nur geringen Leckage versehen, um einen Energieverlust aus der Abgasanlage zu unterbinden.
  • Von besonderem Nutzen ist die Erfindung für Hybrid-Fahrzeuge. Je nach Nutzungsverhalten kann es bei Hybridfahrzeugen passieren, dass über sehr lange Zeiträume der Verbrennungsmotor 1 nicht läuft, da das Kraftfahrzeug 200 elektrisch betrieben wird. Dies kann dazu führen, dass der Start-Kat 7 unter seine lightoff-Temperatur abkühlt. Bei hohem Leistungsabruf würde beim Wiederstart des Verbrennungsmotors 1 zunächst keine oder zumindest eine unzureichende Abgaskonvertierung im Start-Kat 7 erfolgen. Um dies zu vermeiden, muss nach dem Stand der Technik der Verbrennungsmotor 1 gestartet werden. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Abgassystems 100 kann unabhängig vom Verbrennungsmotor 1 Wärme in den Start-Kat 7 eingebracht und somit die Abgasanlage 100 auf minimaler Betriebstemperatur gehalten werden. Es kann also länger rein elektrisch gefahren werden und gleichzeitig ist die Betriebsbereitschaft der Abgasnachbehandlungseinrichtungen des Kraftfahrzeugs 200 gewährleistet.
  • In einer zu der hier gezeigten alternativen Ausführungsform befindet sich im ersten Leitungsabschnitt 3 ein weiteres Ventil, welches zur Vorkonditionierung der Abgasanlage 100 geschlossen ist und somit einen Wärmeverlust in Richtung Abgaskrümmer 2 und Zylinderkopf unterbindet. Auf eine Motorregelung mit geschlossenen Auslassventilen kann in diesem Fall verzichtet werden.
  • Sobald der Start-Kat 7 seine minimale Betriebstemperatur erreicht hat, wird der Start des Verbrennungsmotors 1 von einem Steuergerät freigegeben, so öffnet das Ventil 10 voll und das Absperrorgan weitere Ventil 12 schließt voll. Dann erfolgt das Anlassen des Verbrennungsmotors 1.
  • Die Strömungsrichtung der Verbrennungsabgase durch die Turbine 5a kehrt sich nun um. Das vom Verbrennungsmotor 1 kommende Verbrennungsabgas passiert den Abgaskrümmer 2, den ersten Leitungsabschnitt 3, den zweiten Leistungsabschnitt 4b und
    schließlich den Abgasturbolader 5a, 5b. Anschließend erfolgt die Durchströmung des Start-Kats 7 und des Heizelementes 8 sowie des Katalysatorausgangs 9a des dritten Leitungsabschnittes 9b und des Haupt-Kats 11. Die Bypass-Leitung 4 ist nicht durchströmt.
  • Nach dem Vorkonditionieren der Abgasanlage 100 ist zwar der Start-Kat 7 beim Motorstart bereits auf seiner minimalen Betriebstemperatur, nicht jedoch der Haupt-Kat 11. Zur sicheren Konvertierung hoher Massen von Verbrennungsabgasen bei hohen Leistungsanforderungen an den Verbrennungsmotor 1 ist jedoch ein entsprechend großes Katalysatorvolumen notwendig. Um auch den Haupt-Kat 11 schnellstmöglich auf seine lightoff-Temperatur zu bringen, wird bei stöchiometrischem Betrieb des Verbrennungsmotors 1 die Exotherme des Start-Kats 7 ausgenutzt, um den in Richtung der Verbrennungsabgase stromabwärts angeordneten Haupt-Kat 11 aufzuheizen. Dieser Vorgang kann durch das erneute Aktivieren des Heizelementes 8 beschleunigt werden. Zur Temperaturüberwachung wird der Temperatursensor 13 verwendet. Nach der Erreichung der lightoff-Temperatur des Haupt-Kats 11 kann die volle Motorleistung freigegeben werden. Die Erreichung der minimalen Betriebstemperatur des Haupt-Kats 11 auch durch einen nicht dargestellten weiteren Temperatursensor stromabwärts des Haupt-Kats 11 detektiert oder modellbasiert im Motorsteuergerät hinterlegt werden.
  • Nach dem Motorstart kühlen die Verbrennungsabgase auf dem Weg vom Verbrennungsmotor bis zum Star-Kart 7 infolge von Wärmeübergängen an den noch nicht voll durchgeheizten Zylinderkopf (nicht dargestellt), den Abgaskrümmer 2, die Rohre der Abgasanlage 100 und Turbine 5a ab und erreicht den Start-Kat 7 eventuell geringeren Temperatur als der lightoff-Temperatur. In diesem Fall würden die Verbrennungsabgase den Start- Kat 7 ungewollt abkühlen, d.h. diesen durch Konvektion unter die lightoff-Temperatur „ausblasen“. Die Konvertierung der Verbrennungsabgase im Star-Kat 7 wäre somit nicht mehr gewährleistet. Um dies zu vermeiden ist beim Vorkonditionieren ein gewisses Überheizen des Start-Kats 7 über seine lightoff-Temperatur eine Abhilfemaßnahme, um im Start-Kat 7 genügend Wärmeenergie zu speichern, damit dieser von den Verbrennungsabgasen nicht zu stark abgekühlt wird.
  • Im regulären Betrieb des Verbrennungsmotors 1, also wenn Start-Kat 7 und Haupt-Kat 11 auf Temperaturen oberhalb ihrer jeweiligen lightoff-Temperatur aufgeheizt sind, kann die Abgasanlage 100 bei mittleren Motordrehzahlen vorzugsweise so betrieben, dass die gesamten Verbrennungsabgase über die Turbine 5a geleitet werden und die Bypass-Leitung 4a mit dem weiteren Ventil 12 geschlossen bleibt. Das Ventil 10 ist voll geöffnet und das Absperrorgan (12) ist teilweise geöffnet (geregelt).
  • Die Abgasanlage 100 kann aber auch in einem Ladedruckregelungs-Betrieb betrieben werden. Dazu passiert das vom Verbrennungsmotor 1 kommende Verbrennungsabgas den Abgaskrümmer 2, den ersten Leitungsabschnitt 3 und teilt sich dann auf den zweiten Leitungsabschnitt 4b und die Bypass-Leitung 4a auf. Die Aufteilung des Gesamtmassenstromes des Verbrennungsabgases wird dabei mittels des weiteren Ventils 12 durch Androsselung der Bypass-Leitung 4a geregelt. Dies geschieht analog einer aus dem Stand der Technik bekannten Ladedruck-Regelung mittels eines Wastegate-Ventils eines Abgasturboladers. Das weitere Ventil 12 ist folglich im Aufbau und Funktionsweise dem eines Wastegate-Ventils sehr ähnlich und weist damit eine ähnliche innere Leckage auf. Vorzugsweise ist der Querschnitt aber im Vergleich zu einem Wastegate-Ventil aus dem Stand der Technik zur Entdrosselung der Bypass-Leitung 4a vergrößert.
  • Die zweite Leitungsabschnitt 4b und die Bypass-Leitung 4a werden von Teilmassenströmen des Verbrennungsabgases parallel durchströmt und die beiden Teilmassenströme vereinen sich wieder im dritten Leitungsabschnitt 9b und passieren gemeinsam den Haupt-Kat 11. Damit ist vorteilhaft erreicht, dass das das bei jedem mit einem Abgasturbolader aufgeladenen Verbrennungsmotor vorhandene und im Turbinengehäuse des Abgasturboladers integrierte Wastegate-Ventil zur Ladedruckregelung ausgelagert und vergrößert ist. Das heißt, dass weitere Ventil 12 stellt kein zusätzliches Bauteil gegenüber herkömmlichen Systemen dar, sondern wird lediglich neu angeordnet und für einen weiteren Zweck verwendet.
  • Die besonderen Vorzüge dieser Anordnung liegen nun in den flexiblen Regelungsmöglichkeiten der Abgasmassenströme.
  • Hierzu sollen drei Betriebsmodi betrachtet werden:
    • Betriebsmodus „Wastegate“:
      • Das weitere Ventil 12, welches auch als externes Wastegate bezeichnet werden kann, wird zur konventionellen Ladedruckregelung verwendet. D.h. es öffnet ab einem bestimmten Abgasmassenstrom der Verbrennungsabgase gerade soweit, dass die von den Verbrennungsabgasen der Turbine 5a zugeführte Abgasenthalpie der am Verdichter des Abgasturboladers 5a, 5b entnommen Arbeit entspricht. Der zusätzliche Vorteil der Erfindung liegt nun darin, dass durch das im Querschnitt vergrößerte Wastegate und durch die Bypassierung des Start-Kats 7 über die Bypass-Leitung 4a eine abgasseitige Entdrosselung erzielt wird. Als Folge können im Sinne bestem Anspringverhaltens des Verbrennungsmotors 1 und kurzer Zeit für die Vorkonditionierung die Stirnfläche und das Volumen des Start-Kats 7 verkleinert werden. Der der konventionellen Kompromiss-Auslegung zugrundeliegende Zielkonflikt aus Anspringverhalten (kleine Stirnfläche und kleines Volumen) und Hochleistungs-Konvertierung (große Stirnfläche und großes Volumen) kann also aufgelöst werden. Der Haupt-Kat 11 muss demzufolge entsprechend groß dimensioniert sein, um bei allen auftretenden Massenströmen konvertierungsfähig zu sein. Darüber hinaus wird der Start-Kat 7 thermisch deutlich entlastet. Die die Turbine 5a passierende
  • Verbrennungsabgase stellen bezüglich der Alterung der Kat-Beschichtung für den Start-Kat 7 aufgrund der geringen Abgastemperatur nach der Turbine 5a keine besonderen Anforderungen dar. Dagegen bedeutet der Wastegatemassenstrom bei nach dem Stand der Technik sehr motornaher Anordnung der Katalysatoren thermischen Stress für die katalytische Beschichtung desselben. Durch Umleitung des Wastegatemassenstromes auf den Haupt-Kat 11 entfällt aber die Anforderung einer hochtemperaturstabilen Kat-Beschichtung für höchste Massensträme und Temperaturen für den Start-Kat 7. Auch hier kann ein entscheidender Zielkonflikt aufgelöst werden, denn eine steigende Temperaturstabilität einer Kat-Beschichtung hat i.d.R. ein Ansteigen der lightoff-Temperatur zur Folge. Oder anders formuliert: Wenn der Start-Kat 7 nicht mehr so hochtemperaturstabil ausgeführt sein muss, kann eine Beschichtung mit geringerer die lightoff-Temperatur ausgewählt werden. Dies hat wiederum eine reduzierte benötigte Zeit für die Vorkonditionierung zur Folge. Da der Weg vom weiteren Ventil 12 bis zum Haupt-Kat 11 verhältnismäßig lang ist, können die Verbrennungsabgase auf diesem Weg viel Wärme konvektiv an die Abgasrohre der Abgasanlage 100 und schließlich an die Umgebung abgeben. Die Folge ist auch hier eine erhöhte Alterungsbeständigkeit und eine Reduzierung der benötigten Bauteilschutzmaßnahmen.
  • Betriebsmodus „Saugmotorhetrieb“ und Betriebsmodus „Start-Kat 7 warm halten“:
    • Das Ventil 10 ist voll geöffnet und das weitere Ventil 12 ist voll geöffnet. Bei Hochleistungsfahrzeugen mit entsprechend großem Hubraum des Verbrennungsmotors 1 ist in den meisten Betriebszuständen (z.B. konstante Autobahnfahrt) ein aufgeladener Betrieb des Verbrennungsmotors 1 zur Überwindung der Fahrwiderstände nicht notwendig. In diesen Zuständen wird der Verbrennungsmotor 1 saugmotorisch betrieben. Die in der Abgasanlage 100 und dem Ansaugsystem des Verbrennungsmotors 1 befindlichen Teile einer Aufladeeinheit stellen hierbei Drosselstellen dar, die den Ladungswechsel des saugmotorisch betriebenen Verbrennungsmotors 1 negativ beeinflussen (sog. Ladungswechselarbeit). Der oben beschriebene Vorteil der Entdrosselung durch das vergrößerte Wastegate und den bypassierten Start-Kat 7 wirken ebenfalls im Saugmotorbetrieb. Dieser Betriebsmodus kann solange genutzt werden, bis die Temperatur des Start-Kats 7 gerade so nicht unter die lightoff-Temperatur des Star-Kats 7 fällt. Dies kann modellabhängig durch die Motorsteuerung durch Berechnungen überwacht oder mit dem Temperatursensor 13 direkt gemessen werden. Wird eine Temperaturabsenkung des Start-Kats 7 detektiert, muss das weitere Ventil 12 wieder so weit geschlossen (angedrosselt) werden, dass ausreichend viel Verbrennungsabgas durch den zweiten Leitungsabschnitt 4b, die Turbine 5a und den Start-Kat 7 geleitet werden, um diese Bauteile warm zu halten. Die Enthalpie des durch den zweiten Leitungsabschnitt 4b, die Turbine 5a und den Start-Kat 7 geleiteten Teilmassenstromes der Verbrennungsabgase entspricht dabei der an die Umgebung durch Konvektion abgegebenen Wärmemenge.
  • 2 illustriert schematisch das Kraftfahrzeug 200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 200 weist eine erfindungsgemäße Abgasanlage 100 (nicht gezeigt) auf.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Abgaskrümmer
    3
    erster Leitungsabschnitt
    4a
    Bypass-Leitung
    4b
    zweiter Leitungsabschnitt
    5a
    Turbine des Abgasturboladers
    5b
    Abgasturbolader
    6
    Elektromotor
    7
    erster Katalysator
    8
    Heizelement
    9a
    Katalysatorausgang
    9b
    dritter Leitungsabschnitt
    10
    Ventil
    11
    zweiter Katalysator
    12
    weiteres Ventil
    13
    Temperatursensor
    100
    Abgasanlage
    200
    Kraftfahrzeug

Claims (18)

  1. Verfahren zum Vorkonditionieren einer Abgasanlage (100) zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors (1), insbesondere eines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs (200), wobei in der Abgasanlage (100) von einem Heizelement (8) Luft erhitzt wird, wobei von einem Gebläse in der Abgasanlage (100) mit der erhitzten Luft ein Heißluftstrom erzeugt wird, wobei ein erster Katalysator (7) der Abgasanlage (100) von dem Heißluftstrom auf eine minimale Betriebstemperatur erwärmt wird, wobei als Gebläse ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader (5a, 5b) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasturbolader (51, 5b) im Betrieb als Gebläse mit einer zum Betrieb als Ladeluftverdichter umgekehrten Laufrichtung betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erhitzte Luft in der Abgasanlage (100) zum Erwärmen des ersten Katalysators (7) umgewälzt wird und bis zum Erreichen der minimalen Betriebstemperatur nicht aus der Abgasanlage (100) abgeführt wird, wobei die Abgasanlage (100) auspuffseitig vorzugsweise von einem Ventil (10) verschlossen wird und wobei die Abgasanlage (100) motorseitig besonders bevorzugt durch eine geschlossene Stellung der Abgasventile des Verbrennungsmotors (1) und/oder durch ein weiteres Ventil verschlossen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heißluftstrom in einem Kreislauf durch das Gebläse und durch den ersten Katalysator (7) geführt wird, wobei der Heißluftstrom dazu teilweise durch eine Bypass-Leitung (4a) geführt wird, wobei zum Führen des Heißluftstromes durch die Bypass-Leitung (4a) vorzugsweise ein Bypass-Ventil (12) zumindest teilweise geöffnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Heizelement (8) ein elektrisch betriebenes Heizelement verwendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des ersten Katalysators (7) von einem Temperatursensor (13) überwacht wird und/oder die Temperatur des Heißluftstromes von dem Temperatursensor (13) überwacht wird, wobei das Gebläse und/oder das Heizelement (8) anhand von Temperaturdaten des Temperatursensors (13) gesteuert werden.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Abgasanlage (100) zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors (1), insbesondere eines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs (200), wobei - in einem Vorkonditionierungsschritt bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor (1) die Abgasanlage (100) in einem Vorkonditionierungsmodus betrieben wird, wobei ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird, wobei - in einem dem Vorkonditionierungsschritt nachgeordneten Normalbetriebsschritt die Abgasanlage (100) in einem Normalbetriebsmodus betrieben wird, wobei das Heizelement (8) und das Gebläse abgeschaltet und der Verbrennungsmotor (1) gestartet werden, wobei das Bypass-Ventil (12) als externes Wastegate des Abgasturboladers (5a, 5b) genutzt wird, wobei bei geöffnetem Bypass-Ventil (12) Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor (1) durch die Bypass-Leitung (4a) an dem Abgasturbolader (5a, 5b) und an dem ersten Katalysator (7) vorbeigeleitet werden und wobei über einen Grad der Öffnung des Bypass-Ventils (12) ein durch den Abgasturbolader (5a, 5b) erzeugter Ladedruck geregelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ventil (10) zwischen dem Vorkonditionierungsschritt und dem Normalbetriebsschritt geöffnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei im Normalbetriebsmodus das Heizelement (8) zum Erwärmen eines zweiten Katalysators (11) auf eine minimale Betriebstemperatur des zweiten Katalysators (11) angeschaltet wird und wobei das Heizelement (8) bei Erreichen der minimalen Betriebstemperatur des zweiten Katalysators (11) abgeschaltet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Betriebstemperatur des ersten Katalysators im Normalbetriebsmodus von dem Temperatursensor (13) überwacht wird und wobei das Bypass-Ventil geschlossen wird, wenn die Betriebstemperatur des ersten Katalysators unter die minimale Betriebstemperatur des ersten Katalysators fällt.
  10. Abgasanlage (100) zur Abführung und Reinigung von Verbrennungsabgasen eines Verbrennungsmotors (1), insbesondere eines Verbrennungsmotors (1) eines Kraftfahrzeugs (200), wobei die Abgasanlage (100) einen Abgaskrümmer (2) zur Aufnahme der Verbrennungsabgase vom Verbrennungsmotor (1) aufweist, wobei die Abgasanlage (100) ein Gebläse, einen ersten Katalysator (7), ein Heizelement (8) zum Heizen von Luft, einen ersten Leitungsabschnitt (3), einen zweiten Leitungsabschnitt (4b), einen dritten Leitungsabschnitt (9b) und eine Bypass-Leitung (4a) aufweist, wobei der erste Katalysator (7) einen Katalysatorausgang (9a) aufweist, wobei der Abgaskrümmer (2) mit dem ersten Leitungsabschnitt (3) verbunden ist, wobei der zweite Leitungsabschnitt (4b), das Gebläse, der erste Katalysator (7) und der Katalysatorausgang (9a) zu einem ersten Abgasweg zwischen dem ersten Leitungsabschnitt (3) und dem dritten Leitungsabschnitt (9b) verbunden sind, wobei die Bypass-Leitung (4a) ein zweiter Abgasweg zwischen dem ersten Leitungsabschnitt (3) und dem dritten Leitungsabschnitt (9b) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abgasweg und der zweite Abgasweg einen Kreislauf bilden.
  11. Abgasanlage (100) nach Anspruch 10, wobei am dritten Leitungsabschnitt (9b) ein Ventil zum Verschließen des dritten Leitungsabschnittes (9b) angeordnet ist.
  12. Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 11, wobei an der Bypass-Leitung (4a) ein Bypass-Ventil (12) zum Verschließen der Bypass-Leitung (4a) angeordnet ist, wobei das Bypass-Ventil (12) vorzugsweise in seinem Grad der Öffnung einstellbar ist, wobei das Bypass-Ventil (12) besonders bevorzugt eine Drosselklappe ist.
  13. Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Gebläse ein elektrisch unterstützter Abgasturbolader (5a, 5b) ist.
  14. Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der dritte Leitungsabschnitt (9b) mit einem zweiten Katalysator (11) verbunden ist.
  15. Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Abgasanlage (100) einen Temperatursensor (13) aufweist, wobei der Temperatursensor (13) vorzugsweise am ersten Katalysator (7) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (13) vorzugsweise zum Erfassen der Temperatur des ersten Katalysators (7) ausgebildet ist.
  16. Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei am ersten Leitungsabschnitt (3) ein weiteres Ventil zum Verschließen des ersten Leitungsabschnittes (3) angeordnet ist.
  17. Kraftfahrzeug (200) aufweisend eine Abgasanlage (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 16.
  18. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs (200) nach Anspruch 17, wobei die Abgasanlage (100) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 vorkonditioniert wird und/oder gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 betrieben wird.
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