DE102021102903A1 - Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents
Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021102903A1 DE102021102903A1 DE102021102903.1A DE102021102903A DE102021102903A1 DE 102021102903 A1 DE102021102903 A1 DE 102021102903A1 DE 102021102903 A DE102021102903 A DE 102021102903A DE 102021102903 A1 DE102021102903 A1 DE 102021102903A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- exhaust gas
- line
- gas
- internal combustion
- combustion engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
- F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
- F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage (1) für eine Verbrennungskraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (2) durchströmbaren Leitungselement (6), in welchem wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement (7) zum Nachbehandeln des Abgases angeordnet ist, mit wenigstens einem in dem Leitungselement (6) stromauf des Abgasnachbehandlungselements (7) angeordneten Heizelement (8), mittels welchem ein das Leitungselement (6) durchströmendes Gas erwärmbar ist, mit einer Rückführleitung (9), welche an einer stromab des Abgasnachbehandlungselements (7) angeordneten Abzweigstelle (A) und an einer stromauf des Heizelements (8) angeordneten Einleitstelle (E) fluidisch mit dem Leitungselement (6) verbunden ist, und mit einer Fördereinrichtung (10), mittels welcher zumindest ein Teil des das Leitungselement (6) durchströmenden Gases an der Abzweigstelle (A) in die Rückführleitung (9) hineinförderbar, durch die Rückführleitung (9) hindurchförderbar und an der Einleitstelle (E) in das Leitungselement (6) hineinförderbar ist.The invention relates to an exhaust system (1) for an internal combustion engine (2) of a motor vehicle, with a line element (6) through which exhaust gas from the internal combustion engine (2) can flow, in which at least one exhaust gas aftertreatment element (7) for aftertreatment of the exhaust gas is arranged, with at least one in the line element (6) upstream of the exhaust gas after-treatment element (7) arranged heating element (8), by means of which a gas flowing through the line element (6) can be heated, with a return line (9) which is arranged at a branch point ( A) and is fluidically connected to the line element (6) at an inlet point (E) arranged upstream of the heating element (8), and to a conveying device (10) by means of which at least part of the gas flowing through the line element (6) is conveyed at the branch point (A) can be conveyed into the return line (9), through the return line (9) and conveyed through the introduction point (E) can be conveyed into the line element (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of
Der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, so dass ein besonders emissionsarmer Betrieb realisiert werden kann.The object of the present invention is to create an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and a motor vehicle with an internal combustion engine, so that particularly low-emission operation can be implemented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by an exhaust system having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine beziehungsweise Hubkolbenmotor ausgebildete und auch als Verbrennungsmotor bezeichnete Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug ein Kraftwagen, insbesondere ein Personenkraftwagen. Die Abgasanlage ist von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar. Die Verbrennungskraftmaschine stellt in ihrem befeuerten Betrieb das Abgas bereit. Während des befeuerten Betriebs laufen in der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in wenigstens einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine, Verbrennungsvorgänge ab. Bei dem jeweiligen Verbrennungsvorgang wird ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches zumindest Luft und einen insbesondere flüssigen Kraftstoff umfasst, verbrannt, wodurch das Abgas entsteht. Das Abgas kann aus der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere aus dem Brennraum, ausströmen, in die Abgasanlage einströmen und daraufhin die Abgasanlage durchströmen. Die Abgasanlage umfasst dabei ein von dem Abgas durchströmbares Leitungselement und wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases. Das Abgasnachbehandlungselement ist in dem Leitungselement angeordnet und demzufolge von dem Abgas durchströmbar. Unter dem Abgasnachbehandlungselement ist eine Komponente zu verstehen, mittels welcher wenigstens ein zunächst im Abgas enthaltener Stoff zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt werden kann. Insbesondere ist das Abgasnachbehandlungselement dazu ausgebildet, wenigstens eine chemische Reaktion katalytisch zu bewirken und/oder zu unterstützen, wobei bei der chemischen Reaktion der wenigstens eine zunächst im Abgas enthaltene Stoff als erstes Edukt mit wenigstens einem beispielsweise ebenfalls zunächst in dem Abgas enthaltenen, zweiten Edukt zu wenigstens einem Produkt reagiert, wodurch der Stoff zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt, mithin in einen anderen Stoff, wie dem Produkt, umgewandelt wird. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass das Abgasnachbehandlungselement wenigstens eine für die chemische Reaktion katalytisch wirksame Beschichtungen aufweist, welche beispielsweise durch einen Träger des Abgasnachbehandlungselements getragen ist. Ferner ist es denkbar, dass das Abgasnachbehandlungselement als ein Partikelfilter ausgebildet ist oder wenigstens einen Partikelfilter umfasst, mittels welchem im Abgas enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herausgefiltert und somit entfernt werden können.A first aspect of the invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle, which is preferably designed as a reciprocating piston machine or reciprocating piston motor and is also referred to as an internal combustion engine. This means that the motor vehicle has the internal combustion engine in its completely manufactured state and can be driven by the internal combustion engine. The motor vehicle is preferably a motor vehicle, in particular a passenger car. Exhaust gas from the internal combustion engine can flow through the exhaust system. In its fired operation, the internal combustion engine provides the exhaust gas. During fired operation, combustion processes take place in the internal combustion engine, in particular in at least one combustion chamber of the internal combustion engine. In the respective combustion process, a fuel-air mixture, also referred to simply as a mixture, which comprises at least air and, in particular, a liquid fuel, is burned, as a result of which the exhaust gas is produced. The exhaust gas can flow out of the internal combustion engine, in particular out of the combustion chamber, flow into the exhaust system and then flow through the exhaust system. The exhaust system comprises a line element through which the exhaust gas can flow and at least one exhaust gas aftertreatment element for aftertreatment of the exhaust gas. The exhaust gas aftertreatment element is arranged in the line element and consequently the exhaust gas can flow through it. The exhaust gas aftertreatment element is to be understood as meaning a component by means of which at least one substance initially contained in the exhaust gas can be at least partially removed from the exhaust gas. In particular, the exhaust gas aftertreatment element is designed to catalytically bring about and/or support at least one chemical reaction, with the chemical reaction involving the at least one substance initially contained in the exhaust gas as a first reactant with at least one second reactant, for example also initially contained in the exhaust gas reacts with at least one product, whereby the substance is at least partially removed from the exhaust gas, thus being converted into another substance, such as the product. It is particularly conceivable that the exhaust gas aftertreatment element has at least one coating that is catalytically active for the chemical reaction and is carried, for example, by a carrier of the exhaust gas aftertreatment element. It is also conceivable that the exhaust gas aftertreatment element is designed as a particle filter or comprises at least one particle filter, by means of which particles contained in the exhaust gas, in particular soot particles, can be filtered out of the exhaust gas and thus removed.
Die Abgasanlage umfasst außerdem wenigstens ein in dem Leitungselement angeordnetes Heizelement, welches in Strömungsrichtung des das Leitungselement durchströmenden Abgases stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordnet ist. Mittels des Heizelements ist ein das Leitungselement durchströmendes Gas wie beispielsweise das Abgas, insbesondere aktiv, erwärmbar. Bei dem das Leitungselement durchströmenden Gas kann es sich, insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, um das Abgas der Verbrennungskraftmaschine handeln. Ferner kann es sich bei dem Gas insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine stillsteht beziehungsweise deaktiviert ist, um ein zumindest oder ausschließlich Luft umfassendes Gas handeln, welches durch das Leitungselement strömt, insbesondere durch das Leitungselement hindurchgefördert wird, beispielsweise mittels einer zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Pumpe. Ist die Verbrennungskraftmaschine deaktiviert, so laufen in der Verbrennungskraftmaschine keine Verbrennungsvorgänge ab, aus welchen Abgas der Verbrennungskraftmaschine resultiert. Da das Heizelement stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordnet ist, kann mittels des Heizelements das Gas erwärmt werden, bevor das Gas durch das Abgasnachbehandlungselement hindurchströmt. Mit anderen Worten kann das mittels des Heizelements erwärmte Gas durch das Abgasnachbehandlungselement hindurchströmen, wodurch das Abgasnachbehandlungselement erwärmt und/oder warm gehalten werden kann.The exhaust system also includes at least one heating element arranged in the line element, which is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment element in the direction of flow of the exhaust gas flowing through the line element. A gas flowing through the line element, for example the exhaust gas, can be heated, in particular actively, by means of the heating element. The gas flowing through the line element can be the exhaust gas of the internal combustion engine, in particular during the fired operation of the internal combustion engine. Furthermore, the gas can be a gas containing at least or exclusively air, particularly when the internal combustion engine is stopped or deactivated, which gas flows through the line element, in particular is conveyed through the line element, for example by means of a pump provided in addition to the internal combustion engine . If the internal combustion engine is deactivated, no combustion processes resulting in exhaust gas from the internal combustion engine take place in the internal combustion engine. Since the heating element is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment element, the gas can be heated by means of the heating element before the gas flows through the exhaust aftertreatment element. In other words, the gas heated by the heating element can flow through the exhaust gas aftertreatment element, as a result of which the exhaust gas aftertreatment element can be heated and/or kept warm.
Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasanlage eine Rückführleitung aufweist, welche an einer in Strömungsrichtung des das Leitungselement durchströmenden Abgases beziehungsweise Gases stromab des Abgasnachbehandlungselements angeordneten Abzweigstelle fluidisch mit dem Leitungselement verbunden ist. Außerdem ist die Rückführleitung an einer in Strömungsrichtung des das Leitungselement durchströmenden Abgases beziehungsweise Gases stromauf des Heizelements angeordneten Einleitstelle fluidisch mit dem Leitungselement verbunden. Hierdurch kann mittels der Rückführleitung an der Abzweigstelle zumindest ein Teil des das Leitungselement beziehungsweise die Abgasanlage durchströmenden Gases aus dem Leitungselement abgezweigt und in die Rückführleitung eingeleitet werden. Das in die Rückführleitung eingeleitete Gas, das heißt zumindest der zuvor genannte, in die Rückführleitung eingeleitete Teil des Gases kann mittels der Rückführleitung von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle geführt und an der Einleitstelle wieder in das Leitungselement eingeleitet werden. Da mittels der Rückführleitung das Gas von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle geführt werden kann, und da die Abzweigstelle stromab der Einleitstelle angeordnet ist, wird das mittels der Rückführleitung aus dem Leitungselement abgezweigte und in die Rückführleitung eingeleitete Gas mittels der Rückführleitung rückgeführt, das heißt von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle rückgeführt. Da die Einleitstelle stromauf des Heizelements angeordnet ist, kann das die Rückführleitung durchströmende Gas stromauf des Heizelements in das Leitungselement einströmen und daraufhin, insbesondere erneut, das Heizelement durchströmen. Somit kann beispielsweise zumindest der zuvor genannte Teil des Gases über das Heizelements, das Abgasnachbehandlungselement, die Abzweigstelle, die Rückführleitung und die Einleitstelle zirkulieren, da sozusagen ein Kreislauf geschaffen ist, in welchem das Heizelement, das Abgasnachbehandlungselement, die Abzweigstelle, die Rückführleitung und die Einleitstelle angeordnet sind.In order to be able to implement a particularly low-emission operation, it is provided according to the invention that the exhaust system has a recirculation line which is fluidically connected to the line element at a branch point arranged in the direction of flow of the exhaust gas or gas flowing through the line element downstream of the exhaust gas aftertreatment element. In addition, the return line is fluidically connected to the line element at an inlet point arranged upstream of the heating element in the direction of flow of the exhaust gas or gas flowing through the line element. As a result, at least part of the gas flowing through the line element or the exhaust system can be branched off from the line element and introduced into the return line by means of the return line at the branching point. The gas introduced into the return line, ie at least the aforementioned part of the gas introduced into the return line, can be routed from the branch point to the inlet point by means of the return line and reintroduced into the line element at the inlet point. Since the gas can be routed from the branch point to the inlet point by means of the return line, and since the branch point is arranged downstream of the inlet point, the gas branched off from the line element by means of the return line and introduced into the return line is returned by means of the return line, i.e. from the Junction point returned to the discharge point. Since the introduction point is arranged upstream of the heating element, the gas flowing through the return line can flow into the line element upstream of the heating element and then, in particular again, flow through the heating element. Thus, for example, at least the aforementioned part of the gas can circulate via the heating element, the exhaust gas aftertreatment element, the branch point, the return line and the introduction point, since a circuit is created, so to speak, in which the heating element, the exhaust gas aftertreatment element, the branch point, the return line and the introduction point are arranged.
Um dabei zumindest den Teil des Gases gezielt und bedarfsgerecht über den Kreislauf zirkulieren beziehungsweise durch den Kreislauf hindurch zirkulieren zu lassen, ist es weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgasanlage eine Fördereinrichtung aufweist, welche beispielsweise die zuvor genannte Pumpe sein kann. Mittels der Fördereinrichtung ist zumindest der Teil des das Leitungselement durchströmenden Gases, insbesondere gezielt, an der Abzweigstelle in die Rückführleitung hineinförderbar und dadurch aus dem Leitungselement abzweigbar, durch die Rückführleitung durchförderbar und an der Einleitstelle in das Leitungselement hineinförderbar. Hierdurch kann beispielsweise bewirkt werden, dass der den Kreislauf hindurchströmende und somit zirkulierende Teil des Gases hinreichend groß ist, mithin eine hinreichend große Menge des Gases umfasst. Hierdurch kann, insbesondere bei und/oder vor einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine das Abgasnachbehandlungselement mittels des Heizelements über das Gas besonders schnell und effizient, insbesondere energieeffizient, erwärmt werden, so dass ein besonders emissionsarmer Betrieb darstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, das Abgasnachbehandlungselement besonders schnell, das heißt in besonders kurzer Zeit, auf seine auch als Light-Off-Temperatur bezeichnete Anspringtemperatur zu bringen, ab welcher das Abgasnachbehandlungselement eine besonders hohe Konversionsrate aufweist, mithin in kurzer Zeit eine besonders große Menge des Stoffes aus dem Abgas entfernt werden kann.In order to circulate at least part of the gas through the circuit in a targeted manner and as required, it is also provided according to the invention that the exhaust system has a delivery device, which can be the aforementioned pump, for example. By means of the conveying device, at least part of the gas flowing through the line element can be conveyed, in particular in a targeted manner, at the branching point into the return line and can thus be branched off from the line element, conveyed through the return line and conveyed into the line element at the introduction point. As a result, it can be achieved, for example, that the part of the gas flowing through the circuit and thus circulating is sufficiently large, and therefore comprises a sufficiently large quantity of the gas. In this way, particularly during and/or before a cold start of the internal combustion engine, the exhaust aftertreatment element can be heated particularly quickly and efficiently, particularly energy-efficiently, by means of the heating element via the gas, so that particularly low-emission operation can be achieved. In particular, it is possible to bring the exhaust gas aftertreatment element particularly quickly, i.e. in a particularly short time, to its light-off temperature, also referred to as the light-off temperature, from which the exhaust gas aftertreatment element has a particularly high conversion rate, i.e. a particularly large amount of the Substance can be removed from the exhaust gas.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Zur vorteilhaften Aufbereitung von Rohemissionen eines Verbrennungsmotors und somit zur Realisierung eines vorteilhaft emissionsarmen Betrieb des Verbrennungsmotors ist es wünschenswert, ein Abgasnachbehandlungssystem wie beispielsweise das zuvor genannte Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases nach einem beispielsweise als Kaltstart ausgebildeten und auch als Motorstart bezeichneten Start des Verbrennungsmotors möglichst schnell auf eine vorteilhafte Temperatur beziehungsweise in einen vorteilhaften Temperatur-Arbeitsbereich zu überführen, da ab dann das Abgas effizient und effektiv nachbehandelt werden kann. Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Abgasnachbehandlungselement mittels unterschiedlicher, innermotorischer Maßnahmen und/oder durch wenigstens eine bezüglich der Verbrennungskraftmaschine externe Maßnahme erwärmt werden kann. Bei herkömmlichen Lösungen erfolgt eine Erwärmung des Abgasnachbehandlungselements auf eine vorteilhaft hohe Betriebstemperatur vornehmlich durch innermotorische Maßnahme, wie beispielsweise einen sogenannten Kat-Heizbetrieb, welcher auch als Katalysator-Heizbetrieb bezeichnet wird. Der Kat-Heizbetrieb sieht insbesondere vor, dass im Vergleich zu einem von dem Kat-Heizbetrieb unterschiedlichen und beispielsweise zeitlich an den Kat-Heizbetrieb anschließenden Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Verbrennungsmotors die sogenannte Startdrehzahl des Verbrennungsmotors angehoben wird und die Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine spätestmöglich eingestellt wird, insbesondere dadurch, dass der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird. Demgegenüber ist das Heizelement eine motorexterne beziehungsweise außermotorische Maßnahme zum Erwärmen des Abgasnachbehandlungselements, da das Heizelement außerhalb der eigentlichen Verbrennungskraftmaschine und insbesondere außerhalb des Brennraums angeordnet ist beziehungsweise da mittels des Heizelements das Gas beziehungsweise Abgas außerhalb der Verbrennungskraftmaschine erwärmt werden kann. Bezogen auf die Verbrennungskraftmaschine ist das Heizelement somit ein externes Wärmezufuhrsystem, welches eine Vorkonditionierung des Abgasnachbehandlungselements beziehungsweise eines das Abgasnachbehandlungselement umfassenden Emissionsnachbehandlungssystems ermöglicht, insbesondere über das Gas und dabei dadurch, dass das Heizelement das Gas erwärmen kann, welches dann, wenn das Gas das Abgasnachbehandlungselement durchströmt, das Abgasnachbehandlungselement erwärmen kann. Das Heizelement wird auch als Zuheizmodul bezeichnet oder ist als ein solches Zuheizmodul ausgebildet. Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Heizelement ein elektrisches Heizen des Gases und somit des Abgasnachbehandlungselements ermöglicht, so dass insbesondere dann, wenn das Abgasnachbehandlungselement wenigstens einen Katalysator aufweist oder als ein Katalysator ausgebildet ist, das Abgasnachbehandlungselement als ein E-Kat ausgebildet ist beziehungsweise wenigstens einen solchen E-Kat aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Heizelement auf einer chemischen Wärmezufuhr, insbesondere Verbrennungs-Wärmezufuhr, basiert und somit beispielsweise als Heizbrenner ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass in dem Heizelement eine insbesondere als Verbrennung ausgebildete und beispielsweise exotherme, chemische Reaktion abläuft oder ablaufen kann, wodurch Wärme freigesetzt wird, die von dem Heizelement bereitgestellt wird, derart, dass das Gas mittels der freigesetzten Wärme erwärmt wird. Unter dem Merkmal, dass das Heizelement stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordnet ist, ist somit insbesondere zu verstehen, dass mittels des Heizelements das das Leitungselement durchströmende Gas an wenigstens einer stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordneten Heiz- oder Erwärmungsstelle erwärmbar ist beziehungsweise erwärmt wird. Das Heizelement kann von dem Gas an- und/oder umströmbar sein. Es ist jedoch denkbar, dass das Heizelement an sich nicht notwendigerweise von dem Gas an- und/oder umströmbar sein muss, sondern insbesondere kann denkbar sein, dass das Heizelement das Gas an der genannten Heizstelle erwärmen kann, ohne dass das Gas durch das Heizelement an sich hindurchströmt beziehungsweise durch das Heizelement hindurchströmt. Jedoch insbesondere dann, wenn das Heizelement als ein elektrisches Heizelement, mithin als ein elektrisch betreibbares Heizelement ausgebildet ist, kann zumindest ein Teilbereich des Heizelements von dem Gas umströmbar und/oder anströmbar sein. Somit kann beispielsweise ein Wärmeübergang von dem Teilbereich des Heizelements an das den Teilbereich an- und/oder umströmende Gas erfolgen, wodurch das Gas erwärmbar ist beziehungsweise erwärmt wird.The invention is based in particular on the following findings: In order to advantageously process raw emissions from an internal combustion engine and thus to implement advantageously low-emission operation of the internal combustion engine, it is desirable to have an exhaust gas aftertreatment system such as the aforementioned exhaust gas aftertreatment element for aftertreatment of the exhaust gas after a cold start, for example, and start of the internal combustion engine, also referred to as engine start, to an advantageous temperature or to an advantageous temperature working range as quickly as possible, since from then on the exhaust gas can be post-treated efficiently and effectively. In principle, it is conceivable that the exhaust gas aftertreatment element can be heated by means of different internal engine measures and/or by at least one measure external to the internal combustion engine. In conventional solutions, the exhaust gas after-treatment element is heated to an advantageously high operating temperature primarily by internal engine measures, such as so-called catalyst heating operation, which is also referred to as catalytic converter heating operation. In particular, the catalytic converter heating mode provides that, in comparison to normal operation of the internal combustion engine or the internal combustion engine that is different from the catalytic converter heating operation and, for example, subsequent to the catalytic converter heating operation, the so-called starting speed of the internal combustion engine is increased and the combustion in the internal combustion engine is increased is set as late as possible, in particular by retarding the ignition timing. In contrast, the heating element is an engine-external or extra-engine measure for heating the exhaust gas after-treatment element, since the heating element is arranged outside of the actual internal combustion engine and in particular outside of the combustion chamber or since the gas or exhaust gas can be heated outside of the internal combustion engine by means of the heating element. In relation to the internal combustion engine, the heating element is therefore an external heat supply system which enables preconditioning of the exhaust gas aftertreatment element or of an emissions aftertreatment system comprising the exhaust gas aftertreatment element, in particular via the gas and in that the heating element can heat the gas, which then when the gas flows through the exhaust gas aftertreatment element , The exhaust aftertreatment element can heat up. The heating element is also referred to as an additional heating module or is designed as such an additional heating module. In principle, it is conceivable that the heating element enables electrical heating of the gas and thus of the exhaust gas aftertreatment element, so that in particular when the exhaust gas aftertreatment element has at least one catalytic converter or is designed as a catalytic converter, the exhaust gas aftertreatment element is designed as an e-catalytic converter or at least one has such an E-Kat. Alternatively or additionally, it is conceivable that the heating element is based on chemical heat supply, in particular combustion heat supply, and is therefore designed as a heating burner, for example. In other words, it is conceivable that a chemical reaction designed in particular as combustion and, for example, exothermic, takes place or can take place in the heating element, as a result of which heat is released, which is provided by the heating element in such a way that the gas is heated by means of the heat released . The feature that the heating element is arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment element is to be understood in particular as meaning that the gas flowing through the line element can be heated or is heated by means of the heating element at at least one heating or heating point arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment element. The gas can flow against and/or around the heating element. However, it is conceivable that the gas does not necessarily have to be able to flow against and/or around the heating element flows through or flows through the heating element. However, in particular when the heating element is designed as an electrical heating element, and therefore as an electrically operable heating element, the gas can flow around and/or against at least a partial area of the heating element. Thus, for example, heat can be transferred from the partial area of the heating element to the gas flowing against and/or around the partial area, as a result of which the gas can be heated or is heated.
Bei herkömmlichen Lösungen zum Erwärmen des Gases kann ein Vorheiz-Element zum Einsatz kommen, welches dem Abgasnachbehandlungselement vorgeschaltet, mithin stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordnet ist. Das Vorheiz-Element kann das Gas elektrisch, mithin unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom erwärmen. Insbesondere ist es denkbar, dass das Heizelement eine insbesondere für die genannte, chemische Reaktion katalytisch wirksame und auch als Oberflächenbeschichtung bezeichnete Beschichtung aufweist, die elektrisch, das heißt unter Nutzung von elektrischer Energie erwärmt werden kann, wobei die elektrische Energie dem Heizelement zugeführt wird. Somit ist es denkbar, dass das Heizelement durch Versorgen des Heizelements mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zunächst seine eigene, katalytisch wirksame Beschichtung und, insbesondere über diese, zusätzlich das beispielsweise das Heizelement durchströmende und somit die Beschichtung an- und umströmende Gas erwärmt, welches einen Gasstrom bildet oder ein Gasstrom ist, welches mittels des Heizelements erwärmt wird. Daraufhin kann der mittels des Heizelements erwärmte Gasstrom (Gas) das Abgasnachbehandlungselement durchströmen und dieses erwärmen. Bei dem das Leitungselement durchströmenden Gas, welches an der Abzweigstelle in die Rückführleitung eingeleitet, mittels der Rückführleitung von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle rückgeführt und an der Einleitstelle in das Leitungselement eingeleitet werden kann, kann es sich insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine um das Abgas der Verbrennungskraftmaschine handeln. Ferner kann es sich bei dem Gas insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine stillsteht beziehungsweise deaktiviert ist, um ein zumindest oder ausschließlich Luft umfassendes Gas handeln, welches mittels der Fördereinrichtung durch die Rückführleitung hindurchgefördert wird.In the case of conventional solutions for heating the gas, a preheating element can be used, which is connected upstream of the exhaust gas aftertreatment element, ie upstream of the exhaust gas aftertreatment element. The preheating element can heat the gas electrically, thus using electrical energy or electric current. In particular, it is conceivable for the heating element to have a coating which is particularly effective for the chemical reaction mentioned and is also referred to as a surface coating, which can be heated electrically, ie using electrical energy, with the electrical energy being supplied to the heating element. It is therefore conceivable that the heating element, by supplying the heating element with electrical energy or electricity, first heats its own catalytically active coating and, in particular via this, additionally heats the gas flowing through the heating element and thus flowing against and around the coating, which Gas stream forms or is a gas stream which is heated by the heating element. The gas stream (gas) heated by the heating element can then flow through the exhaust gas aftertreatment element and heat it. The gas flowing through the line element, which can be fed into the return line at the branch point, returned by means of the return line from the branch point to the inlet point and fed into the line element at the inlet point, can be the exhaust gas, in particular during the fired operation of the internal combustion engine act on the internal combustion engine. Furthermore, the gas can be a gas containing at least or exclusively air, in particular when the internal combustion engine is at a standstill or deactivated, which gas is conveyed through the return line by means of the conveying device.
Soll beispielsweise das Abgasnachbehandlungselement bei stillstehender beziehungsweise deaktivierter Verbrennungskraftmaschine erwärmt werden, so dass die Verbrennungskraftmaschine kein Abgas bereitstellt, so kann beispielsweise dem Leitungselement der Gasstrom als ein externer Gasstrom zugeführt werden, welcher zumindest Luft umfassen und somit ein Luftstrom sein kann. Beispielsweise wird der externe Gasstrom über die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise deren Brennraum oder aber unter Umgehung der Verbrennungskraftmaschine in die Abgasanlage eingebracht, insbesondere eingeblasen. Unter dem Merkmal, dass der externe Gasstrom unter Umgehung der Verbrennungskraftmaschine in die Abgasanlage beziehungsweise in das Leitungselement eingebracht beziehungsweise eingeblasen wird, ist insbesondere zu verstehen, dass der externe Gasstrom nicht durch die Verbrennungskraftmaschine hindurchströmt. Der insbesondere externe Gasstrom kann mittels des Heizelements erwärmt werden und daraufhin durch das Abgasnachbehandlungselement hindurchströmen und somit das Abgasnachbehandlungselement erwärmen, insbesondere derart, dass in dem mittels des Heizelements erwärmten Gasstrom Wärme enthalten ist, welche beispielsweise konvektiv auf das Abgasnachbehandlungselement übertragen werden kann. Der Gasstrom wird insbesondere derart mittels des Heizelements erwärmt, dass ein Wärmeübergang von dem Heizelement auf den Gasstrom erfolgt. Hierdurch wird das Heizelement gekühlt, wodurch das Heizelement vor Überhitzung geschützt werden kann. Bei herkömmlichen Lösungen entweicht der erwärmte Gasstrom, nachdem er das Abgasnachbehandlungselement verlassen hat, mithin aus dem Abgasnachbehandlungselement ausgeströmt ist, ungenutzt in eine Umgebung der Abgasanlage. Somit kann Wärme, die stromab des Abgasnachbehandlungselements noch in dem Gasstrom enthalten ist, nicht mehr genutzt werden, um das Abgasnachbehandlungselement zu erwärmen. Dieser Nachteil kann nun durch die Erfindung vermieden werden.If, for example, the exhaust gas aftertreatment element is to be heated when the internal combustion engine is stopped or deactivated, so that the internal combustion engine does not produce any exhaust gas, the gas flow can be supplied to the line element as an external gas flow, which can include at least air and can therefore be an air flow. at For example, the external gas flow is introduced, in particular blown, into the exhaust system via the internal combustion engine or its combustion chamber or by bypassing the internal combustion engine. The feature that the external gas stream is introduced or blown into the exhaust system or into the line element bypassing the internal combustion engine means in particular that the external gas stream does not flow through the internal combustion engine. The in particular external gas flow can be heated by means of the heating element and then flow through the exhaust gas after-treatment element and thus heat the exhaust gas after-treatment element, in particular in such a way that the gas flow heated by means of the heating element contains heat, which can be transferred convectively to the exhaust gas after-treatment element, for example. The gas flow is heated in particular by means of the heating element in such a way that heat is transferred from the heating element to the gas flow. This cools the heating element, whereby the heating element can be protected from overheating. In conventional solutions, the heated gas flow escapes unused into an environment of the exhaust system after it has left the exhaust gas aftertreatment element, and consequently has flowed out of the exhaust gas aftertreatment element. Thus, heat that is still contained in the gas flow downstream of the exhaust gas aftertreatment element can no longer be used to heat the exhaust gas aftertreatment element. This disadvantage can now be avoided by the invention.
Mittels der Rückführleitung kann zumindest ein Teil des mittels des Heizelements erwärmten Gasstroms an der Abzweigstelle aus dem Leitungselement abgezweigt und an der Einleitstelle wieder in das Leitungselement eingeleitet werden. Hierdurch kann Wärme, die noch in dem Gasstrom enthalten ist, genutzt werden, um das Abgasnachbehandlungselement zu erwärmen beziehungsweise warmzuhalten und/oder das Heizelement muss den noch warmen Gasstrom nicht mehr übermäßig stark beziehungsweise weniger stark erwärmen, als wenn der Gasstrom nicht rückgeführt würde und vollständig ungenutzt verloren ginge. Somit kann mittels der Erfindung das Abgasnachbehandlungselement schnell und energieeffizient erwärmt und warm gehalten werden, so dass ein emissionsarmer Betrieb darstellbar ist. Der zuvor beschriebene Kreislauf ist ein oder ermöglicht einen Kreisprozess, durch welchen das Abgasnachbehandlungselement bei gleichem Energiebedarf deutlich schneller erwärmt werden kann als ein herkömmliches, offenes System, bei welchem der erwärmte Gasstrom nicht rückgeführt wird und vollständig ungenutzt verloren geht.By means of the return line, at least part of the gas stream heated by the heating element can be branched off from the line element at the branching point and reintroduced into the line element at the inlet point. As a result, heat that is still contained in the gas flow can be used to heat the exhaust gas aftertreatment element or to keep it warm and/or the heating element no longer has to heat the still warm gas flow excessively or less than if the gas flow were not recirculated and completely would be lost unused. Thus, by means of the invention, the exhaust gas aftertreatment element can be heated and kept warm quickly and energy-efficiently, so that low-emission operation can be achieved. The cycle described above is or enables a cycle process through which the exhaust gas aftertreatment element can be heated much faster with the same energy requirement than a conventional, open system in which the heated gas flow is not recirculated and is lost completely unused.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in der Rückführleitung ein Ventilelement angeordnet, welches beispielsweise als ein Rückschlagventil ausgebildet ist, das in Richtung der Einleitstelle öffnet, mithin die Rückführleitung für eine von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle verlaufende Strömung des Gases freigibt und in entgegengesetzte Richtung, das heißt in Richtung der Abzweigstelle, die Rückführleitung für eine von der Einleitstelle zu der Abzweigstelle verlaufende Strömung des Gases versperrt.In an advantageous embodiment of the invention, a valve element is arranged in the return line, which is designed, for example, as a check valve that opens in the direction of the inlet point, thus releasing the return line for a flow of gas running from the branching point to the inlet point and in the opposite direction, that is means in the direction of the branch point, the return line is blocked for a gas flow running from the introduction point to the branch point.
Alternativ oder zusätzlich ist das Ventilelement, insbesondere elektrisch, zwischen einem die Rückführleitung versperrenden Schließzustand und wenigstens einem die Rückführleitung freigebenden Offenzustand umschaltbar. Unter dem Merkmal, dass das Ventilelement vorzugsweise elektrisch umschaltbar ist, ist insbesondere zu verstehen, dass das Ventilelement elektrisch ansteuerbar ist, um dadurch das Ventilelement umzuschalten. Mit anderen Worten kann das Ventil dadurch umgeschaltet werden, dass das Ventil mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt wird. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Ventilelement die Rückführleitung in dem Schließzustand sowohl für eine von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle verlaufende Strömung des Gases als auch für eine umgekehrte und somit von der Einleitstelle zu der Abzweigstelle verlaufende Strömung des Gases versperrt. Mittels des Ventilelements kann somit besonders sicher und bedarfsgerecht eine unerwünschte Strömung des Gases in der Rückführleitung vermieden werden. Insbesondere kann vermieden werden, dass das Gas von der Einleitstelle zu der Abzweigstelle strömt und somit das Heizelement und das Abgasnachbehandlungselement umgeht. Somit kann ein besonders emissionsarmer Betrieb gewährleistet werden.Alternatively or additionally, the valve element can be switched, in particular electrically, between a closed state blocking the return line and at least one open state releasing the return line. The feature that the valve element can preferably be switched over electrically is to be understood in particular as meaning that the valve element can be actuated electrically in order to thereby switch over the valve element. In other words, the valve can be switched over by the valve being supplied with electrical energy or electrical current. In particular, it is provided that the valve element blocks the return line in the closed state both for a gas flow running from the branching point to the inlet point and for a reverse gas flow running from the inlet point to the branching point. By means of the valve element, an undesired flow of the gas in the return line can thus be avoided in a particularly safe and appropriate manner. In particular, it can be avoided that the gas flows from the introduction point to the branch point and thus bypasses the heating element and the exhaust gas aftertreatment element. In this way, particularly low-emission operation can be guaranteed.
Um das Gas beziehungsweise den Gasstrom besonders vorteilhaft fördern zu können, so dass das Abgasnachbehandlungselement besonders effizient erwärmt und warm gehalten werden kann, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Fördereinrichtung in der Rückführleitung angeordnet ist.In order to be able to convey the gas or the gas flow particularly advantageously, so that the exhaust gas aftertreatment element can be heated and kept warm particularly efficiently, it is provided in a further embodiment of the invention that the conveying device is arranged in the return line.
Da die Fördereinrichtung dazu ausgebildet ist, das Gas beziehungsweise den Gasstrom durch die Rückführleitung hindurch zu fördern, wird die Fördereinrichtung auch als Pumpe bezeichnet.Since the conveying device is designed to convey the gas or the gas flow through the return line, the conveying device is also referred to as a pump.
Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung als elektrische Fördereinrichtung ausgebildet, mithin elektrisch betreibbar. Dadurch kann das Gas besonders bedarfsgerecht und gezielt gefördert werden.The conveying device is preferably designed as an electric conveying device and can therefore be operated electrically. As a result, the gas can be pumped in a particularly targeted manner as required.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Heizelement als ein elektrisches, mithin als ein elektrisch betreibbares Heizelement ausgebildet ist. Somit kann mittels des Heizelements das Gas unter Nutzung von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom erwärmt werden, die beziehungsweise der dem Heizelement zugeführt wird. Dadurch ist eine besonders effektive, effiziente und bedarfsgerecht Erwärmung des Gases und somit des Abgasnachbehandlungselements realisierbar.Another embodiment is characterized in that the heating element as an electric cal, is therefore designed as an electrically operable heating element. The gas can thus be heated by means of the heating element using electrical energy or electric current which is supplied to the heating element. As a result, a particularly effective, efficient and needs-based heating of the gas and thus of the exhaust gas aftertreatment element can be realized.
Um einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungselement einen Katalysator aufweist. Der Katalysator kann als SCR-Katalysator ausgebildet sein, dessen katalytisch wirksame Beschichtung für die selektive katalytische Reduktion (SCR) katalytisch wirksam ist. Ferner ist es denkbar, dass der Katalysator ein Drei-Wege-Katalysator ist.In order to be able to implement particularly low-emission operation, a further embodiment of the invention provides for the exhaust gas aftertreatment element to have a catalytic converter. The catalytic converter can be embodied as an SCR catalytic converter whose catalytically active coating is catalytically active for selective catalytic reduction (SCR). Furthermore, it is conceivable that the catalytic converter is a three-way catalytic converter.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildetes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist eine Verbrennungskraftmaschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Außerdem umfasst das Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasanlage, insbesondere gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Die Abgasanlage weist wenigstens ein von dem Abgas durchströmbares Leitungselement und wenigstens ein in dem Leitungselement angeordnetes Abgasnachbehandlungselement zum Nachbehandeln des Abgases auf. Außerdem weist die Abgasanlage wenigstens ein in dem Leitungselement stromauf des Abgasnachbehandlungselements angeordnetes Heizelement auf, mittels welchem das Abgas, insbesondere unter Nutzung von elektrischer Energie, erwärmbar ist.A second aspect of the invention relates to a motor vehicle preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. The motor vehicle according to the second aspect of the invention has an internal combustion engine, by means of which the motor vehicle can be driven. In addition, according to the first aspect of the invention, the motor vehicle comprises an exhaust system through which exhaust gas from the internal combustion engine can flow, in particular according to the first aspect of the invention. The exhaust system has at least one line element through which the exhaust gas can flow and at least one exhaust gas aftertreatment element arranged in the line element for aftertreatment of the exhaust gas. In addition, the exhaust system has at least one heating element arranged in the line element upstream of the exhaust gas aftertreatment element, by means of which the exhaust gas can be heated, in particular using electrical energy.
Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, ist es bei dem zweiten Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug, insbesondere die Abgasanlage, eine auch als Bypass (Umgehungsleitung) bezeichnete Rückführleitung aufweist, welche an einer stromab des Abgasnachbehandlungselements angeordneten Abzweigstelle und an einer stromauf des Heizelements angeordneten Einleitstelle fluidisch mit dem Leitungselement verbunden ist. Wie bereits zu dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert, ist es somit möglich, dass mittels der Rückführleitung zumindest ein Teil eines das Leitungselement durchströmenden Gases an der Abzweigstelle aus dem Leitungselement abgezweigt und in die Rückführleitung eingeleitet wird. Das in die Rückführleitung eingeleitete Gas, mithin der zuvor genannte, in die Rückführleitung eingeleitete Teil des Gases kann die Rückführleitung durchströmen und mittels der Rückführleitung von der Abzweigstelle zu der Einleitstelle geführt und an der Einleitstelle in das Leitungselement eingeleitet werden, woraufhin das die Rückführleitung durchströmende Gas, insbesondere erneut, das Heizelement und daraufhin das Abgasnachbehandlungselement durchströmen kann.In order to be able to implement particularly low-emission operation, the second aspect of the invention provides that the motor vehicle, in particular the exhaust system, has a recirculation line, also referred to as a bypass (bypass line), which is located at a branch point located downstream of the exhaust gas aftertreatment element and at a inlet point arranged upstream of the heating element is fluidly connected to the line element. As already explained for the first aspect of the invention, it is thus possible for at least part of a gas flowing through the line element to be branched off from the line element at the branching point and introduced into the return line by means of the return line. The gas introduced into the return line, i.e. the aforementioned part of the gas introduced into the return line, can flow through the return line and be guided by means of the return line from the branching point to the introduction point and introduced into the line element at the introduction point, whereupon the gas flowing through the return line , In particular again, the heating element and then the exhaust gas aftertreatment element can flow through.
Bei dem zweiten Aspekt der Erfindung weist das Kraftfahrzeug, insbesondere die Abgasanlage, auch eine insbesondere elektrisch betreibbare Fördereinrichtung auf, mittels welcher zumindest der Teil des das Leitungselement durchströmenden Gases an der Abzweigstelle in die Rückführleitung hineinförderbar und dadurch aus dem Leitungselement abzweigbar, durch die Rückführleitung hindurchförderbar und an der Einleitstelle in das Leitungselement hineinförderbar ist. Dadurch kann das Gas besonders gezielt, definiert und aktiv durch die Rückführleitung hindurchgefördert werden. Insbesondere dann, wenn die Fördereinrichtung in der Rückführleitung angeordnet ist, kann zumindest der Teil des Gases mittels der Fördereinrichtung an der Abzweigstelle in die Rückführleitung eingesaugt und somit aus dem Leitungselement abgesaugt werden, wodurch eine besonders große Menge des Gases durch die Rückführleitung hindurchgefördert werden kann. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.In the second aspect of the invention, the motor vehicle, in particular the exhaust system, also has a conveyor device, which can be operated in particular electrically, by means of which at least part of the gas flowing through the line element can be conveyed at the branching point into the return line and thus branched off from the line element, conveyed through the return line and can be conveyed into the line element at the point of introduction. As a result, the gas can be conveyed through the return line in a particularly targeted, defined and active manner. In particular, if the delivery device is arranged in the return line, at least part of the gas can be sucked into the return line at the branching point by means of the delivery device and thus sucked out of the line element, as a result of which a particularly large quantity of gas can be delivered through the return line. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit der zugehörigen Zeichnung.Further details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment with the associated drawing.
Dabei zeigt die einzige
Die Abgasanlage 1 weist ein von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 2 durchströmbares Leitungselement 6 auf. Das Leitungselement 6 wird auch als Abgasrohr bezeichnet. Das Leitungselement 6 kann einstückig ausgebildet sein, oder das Leitungselement ist mehrteilig ausgebildet. Somit kann das Leitungselement 6 mehrere, separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Leitungsteile aufweisen. In dem von dem Abgas durchströmbaren Leitungselement 6 ist wenigstens ein Abgasnachbehandlungselement 7 der Abgasanlage 1 angeordnet. Das Abgasnachbehandlungselement 7 ist von dem Abgas durchströmbar und dazu ausgebildet, das Abgas nachzubehandeln. Hierzu kann das Abgasnachbehandlungselement 7 wenigstens einen Katalysator aufweisen, welcher beispielsweise für wenigstens eine chemische Reaktion katalytisch wirksam sein kann. Hierunter kann insbesondere verstanden werden, dass der Katalysator eine für die chemische Reaktion katalytisch wirksame Beschichtung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Abgasnachbehandlungselement 7 einen Partikelfilter aufweisen, mittels welchem Partikel, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgas herausgefiltert werden können.The
Die Abgasanlage 1 weist außerdem ein Heizelement 8 auf. Das Heizelement 8 ist in dem Leitungselement 6 angeordnet, derart, dass das Heizelement 8 in Strömungsrichtung des das Leitungselement 6 durchströmenden Abgases stromauf des Abgasnachbehandlungselements 7 angeordnet ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Heizelement 8 stromauf zumindest eines Teils der katalytisch wirksamen Beschichtung des Abgasnachbehandlungselements 7 angeordnet sein kann. Dabei ist es denkbar, dass das Heizelement 8 und die katalytisch wirksame Beschichtung des Abgasnachbehandlungselements 7 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.The
Bei dem in
Um nun einen besonders emissionsarmen Betrieb realisieren zu können, weist die Abgasanlage 1 eine Rückführleitung 9 auf. Die Rückführleitung 9 ist an einer stromab des Abgasnachbehandlungselements 7 angeordneten Abzweigstelle A und an einer stromauf des Heizelements 8 angeordneten Einleitstelle E fluidisch mit dem Leitungselement 6 verbunden, so dass mittels der Rückführleitung 9 zumindest ein Teil eines das Leitungselement 6 und somit das Heizelement 8 und das Abgasnachbehandlungselement 7 durchströmenden Gases an der Abzweigstelle A aus dem Leitungselement 6 abgezweigt und in die Rückführleitung 9 eingeleitet werden kann. Das in die Rückführleitung 9 eingeleitete Gas, das heißt der zuvor genannte, in die Rückführleitung 9 eingeleitete Teil des Gases kann die Rückführleitung 9 durchströmen und mittels der Rückführleitung 9 von der Abzweigstelle A zu der Einleitstelle E geführt und somit rückgeführt werden. An der Einleitstelle E kann das die Rückführleitung 9 durchströmende Gas aus der Rückführleitung 9 ausströmen und in das Leitungselement 6 einströmen, woraufhin das Gas, insbesondere erneut, das Leitungselement 6 und somit das Abgasnachbehandlungselement 7 und das Heizelement 8 durchströmen kann. Es ist somit erkennbar, dass das die Rückführleitung 9 durchströmende Gas an der Einleitstelle E in das Leitungselement 6 einleitbar ist.In order to be able to implement particularly low-emission operation, the
Die Abgasanlage 1 umfasst außerdem eine insbesondere elektrisch betreibbare und auch als Pumpe bezeichnete Fördereinrichtung 10. Bei dem in
Insbesondere während des befeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 2 kann es sich bei dem Gas um das zuvor beschriebene Abgas der Verbrennungskraftmaschine 2 handeln. Insbesondere während eines Zeitraums, während welchem die Verbrennungskraftmaschine 2 deaktiviert ist, so dass in der Verbrennungskraftmaschine 2 keine Verbrennungsvorgänge stattfinden, kann es sich bei dem Gas um ein von dem zuvor beschriebenen Abgas unterschiedliches Gas handeln, welches zumindest Luft umfasst. Das die Rückführleitung 9 durchströmende Gas bildet einen Gasstrom, welcher insbesondere dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 2 deaktiviert ist, ein Luftstrom sein oder umfassen kann.In particular during the fired operation of the
Insgesamt ist erkennbar, dass das Gas beziehungsweise der Gasstrom über die Einleitstelle E, das Heizelement 8, das Abgasnachbehandlungselement 7, die Abzweigstelle A und die Rückführleitung 9 und vorliegend auch die Fördereinrichtung 10 zirkulieren kann. Dadurch kann Wärme, die in dem mittels des Heizelements 8 erwärmten Gas enthalten ist, genutzt werden, um das Abgasnachbehandlungselement 7 aufzuheizen beispielsweise warm zu halten und/oder dadurch, dass das Gas, welches an der Einleitstelle E aus der Rückführleitung 9 ausströmt und in das Leitungselement 6 einströmt, zuvor mittels des Heizelements 8 erwärmt wurde, weist das an der Einleitstelle E in das Leitungselement 6 einströmende Gas bereits eine vorteilhaft hohe Wärme auf, so dass das Gas auf seinem erneuten Weg von der Einleitstelle E zu der Abzweigstelle A mittels des Heizelements 8 nicht mehr so stark erwärmt werden muss wie bei einem offenen System, bei welchem eine Rückführung des Gases von stromab des Abgasnachbehandlungselements 7 zu stromauf des Heizelements 8 unterbleibt. Somit kann das Abgasnachbehandlungselement 7 besonders schnell, das heißt in besonders kurzer Zeit, besonders energieeffizient erwärmt werden.Overall, it can be seen that the gas or the gas stream can circulate via the introduction point E, the
Bei dem in
Insbesondere dann, wenn das Heizelement 8 seinerseits eine katalytisch wirksame Beschichtung aufweist, kann das Heizelement 8 ein elektrisch heizbarer Katalysator sein, welcher auch als E-Kat bezeichnet wird. Ferner ist es denkbar, dass das Heizelement 8 und das Abgasnachbehandlungselement 7 einen solchen elektrisch heizbaren Katalysator bilden. Vorzugsweise ist die Fördereinrichtung 10, die vorliegend in die Rückführleitung 9 integriert ist, eine temperaturgeeignete Pumpe, welche auch hohe Temperaturen des die Rückführleitung 9 durchströmenden Gases schadfrei ertragen kann.In particular when the
Insbesondere ist es bei der Abgasanlage 1 möglich, das Abgasnachbehandlungselement 7 zu erwärmen, während die Verbrennungskraftmaschine 2 deaktiviert ist. Somit ist es insbesondere möglich, das Abgasnachbehandlungselement 7 vor einem Start der zunächst deaktivierten Verbrennungskraftmaschine 2 zu erwärmen. Dies wird auch als Vorkonditionierung des Abgasnachbehandlungselements 7 bezeichnet. Das Vorkonditionieren des Abgasnachbehandlungselements 7 erfolgt bei einem sogenannten Vorkonditionierungsvorgang. Das Gas kann, insbesondere mittels der Fördereinrichtung 10, über die Verbrennungskraftmaschine 2 in die Abgasanlage 1 und somit in das Leitungselement 6 eingebracht, insbesondere hineingefördert, werden und somit die Verbrennungskraftmaschine 2 durchströmen, oder das Gas ist ein externes Gas, welches unter Umgehung der Verbrennungskraftmaschine 2 in das Leitungselement 6 eingebracht, insbesondere eingeblasen oder hineingefördert, wird. Startet beispielsweise der Vorkonditionierungsvorgang, während welchem vorzugsweise die Verbrennungskraftmaschine 2 deaktiviert ist und somit kein Abgas bereitstellt, so wird das Heizelement 8 bestromt, das heißt mit elektrischer Energie versorgt, und die Rückführleitung 9 wird geöffnet, insbesondere dadurch, dass das Ventilelement 11 aus seinem Schließzustand in seinen Offenzustand umgeschaltet wird, und die Fördereinrichtung 10 (Pumpe) wird eingeschaltet. In der Folge pumpt die Fördereinrichtung 10 zumindest den zuvor genannten Teil des beispielsweise zumindest Luft umfassenden Gases insbesondere aus einem Austritt des Abgasnachbehandlungselements 7 von der Abzweigstelle A zurück zu der Einleitstelle E und somit vor das Heizelement 8. Da die Verbrennungskraftmaschine 2 steht, das heißt deaktiviert ist, strömt das an der Einleitstelle E aus der Rückführleitung 9 ausströmende und in das Leitungselement 6 einströmende Gas durch das insbesondere aktivierte Heizelement 8, kühlt dieses, nimmt Wärme von dem Heizelement 8 auf und überträgt die aufgenommene Wärme auf das nachfolgende Abgasnachbehandlungselement 7, wodurch Letzteres erwärmt wird. Von dort beziehungsweise von der Abzweigstelle A beginnt dieser Kreisprozess erneut. Durch die Zirkulation wird das Gas beziehungsweise der Gasstrom bei jedem Durchlauf weiter erwärmt. Es entstehen zumindest nahezu keine Verluste durch Ausströmen des Gases aus der Abgasanlage 1 an deren Umgebung 13, sondern lediglich durch etwaige Wandwärmeverluste, so dass ein besonders energieeffizienter und somit emissionsarmer Betrieb darstellbar ist.In particular, it is possible in the case of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Abgasanlageexhaust system
- 22
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 33
- Motorgeräuschengine noise
- 44
- Zylindercylinder
- 55
- PfeilArrow
- 66
- Leitungselementline element
- 77
- Abgasnachbehandlungselementexhaust aftertreatment element
- 88th
- Heizelementheating element
- 99
- Rückführleitungreturn line
- 1010
- Fördereinrichtungconveyor
- 1111
- Ventilelementvalve element
- 1212
- PfeilArrow
- 1313
- Umgebungvicinity
- AA
- Abzweigstellejunction
- EE
- Einleitstelledischarge point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 1338562 A1 [0002]EP 1338562 A1 [0002]
- EP 3652420 B1 [0002]EP 3652420 B1 [0002]
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021102903.1A DE102021102903A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021102903.1A DE102021102903A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102021102903A1 true DE102021102903A1 (en) | 2022-08-11 |
Family
ID=82493504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102021102903.1A Pending DE102021102903A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102021102903A1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2254014A (en) | 1991-03-27 | 1992-09-30 | Ford Motor Co | Fast warm-up catalytic converter |
| DE4435213A1 (en) | 1994-09-30 | 1996-04-04 | Emitec Emissionstechnologie | Device for the catalytic conversion of exhaust gases from a hybrid vehicle |
| EP1338562A1 (en) | 2002-02-14 | 2003-08-27 | MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft | Process and apparatus for producing ammoniac |
| DE102018106588A1 (en) | 2018-03-21 | 2019-09-26 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Exhaust system and method for operating an exhaust system |
| DE102018222512A1 (en) | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Audi Ag | Method for operating a drive device and corresponding drive device |
| DE102019135832A1 (en) | 2019-02-19 | 2020-08-20 | Jaguar Land Rover Limited | CATALYST PREHEAT CONTROL DEVICE AND PROCEDURE |
| EP3652420B1 (en) | 2017-07-10 | 2020-12-02 | Volkswagen Aktiengesellschaft | System and method for aftertreatment of exhaust gas of an internal combustion engine |
-
2021
- 2021-02-09 DE DE102021102903.1A patent/DE102021102903A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2254014A (en) | 1991-03-27 | 1992-09-30 | Ford Motor Co | Fast warm-up catalytic converter |
| DE4435213A1 (en) | 1994-09-30 | 1996-04-04 | Emitec Emissionstechnologie | Device for the catalytic conversion of exhaust gases from a hybrid vehicle |
| EP1338562A1 (en) | 2002-02-14 | 2003-08-27 | MAN Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft | Process and apparatus for producing ammoniac |
| EP3652420B1 (en) | 2017-07-10 | 2020-12-02 | Volkswagen Aktiengesellschaft | System and method for aftertreatment of exhaust gas of an internal combustion engine |
| DE102018106588A1 (en) | 2018-03-21 | 2019-09-26 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Exhaust system and method for operating an exhaust system |
| DE102018222512A1 (en) | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Audi Ag | Method for operating a drive device and corresponding drive device |
| DE102019135832A1 (en) | 2019-02-19 | 2020-08-20 | Jaguar Land Rover Limited | CATALYST PREHEAT CONTROL DEVICE AND PROCEDURE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3660287B1 (en) | Exhaust gas aftertreatment system and method for treating the waste gas of a combustion engine | |
| DE102015015794A1 (en) | A method for heating an exhaust aftertreatment device of a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle | |
| DE102017213004A1 (en) | Internal combustion engine | |
| DE102018222512B4 (en) | Method for operating a drive device and a corresponding drive device | |
| DE102020100529A1 (en) | Internal combustion engine and method for heating an exhaust system of such an internal combustion engine | |
| DE102018126621A1 (en) | Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine | |
| DE102019115141A1 (en) | Method for heating a catalytic converter as well as internal combustion engine and motor vehicle with a catalytic converter | |
| DE102019108008A1 (en) | Exhaust aftertreatment system and process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine | |
| DE102020103565B4 (en) | Process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and internal combustion engine | |
| DE102019131829B3 (en) | Process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine | |
| DE102018102111A1 (en) | Device and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine | |
| DE102021102903A1 (en) | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle and motor vehicle | |
| EP4036386B1 (en) | Combustion engine for a motor vehicle, in particular for a car and motor vehicle, in particular a car | |
| DE102018110424A1 (en) | BODY SYSTEM FOR VEHICLES WITH AN ACTIVE EXHAUST TREATMENT MANAGEMENT | |
| DE102020004716B4 (en) | Internal combustion engine for a motor vehicle and motor vehicle | |
| DE102019008946A1 (en) | Exhaust system for an internal combustion engine of a motor vehicle, in particular a motor vehicle | |
| DE102020004717B4 (en) | Internal combustion engine with a recirculation circuit for heating an exhaust tract for a motor vehicle and motor vehicle | |
| DE102019123453A1 (en) | Exhaust aftertreatment system and method for temperature management of an SCR catalytic converter in the exhaust system of an internal combustion engine | |
| DE102009008743B4 (en) | Heating circuit for heating an ammonia storage device when the internal combustion engine is at a standstill | |
| DE102020004729B4 (en) | Internal combustion engine for a motor vehicle and motor vehicle | |
| EP4026994B1 (en) | Waste gas treatment system and method for treating the waste gas of a combustion engine | |
| DE102018127624B4 (en) | Method and device for operating an auxiliary heating device of a motor vehicle | |
| DE102019008841A1 (en) | Method for operating an exhaust system of a motor vehicle, in particular a motor vehicle | |
| DE102019005985A1 (en) | Internal combustion engine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle | |
| DE102021115663A1 (en) | Exhaust aftertreatment system and method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified |