DE4208609C2 - Verfahren zur Reduzierung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Reduzierung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten AbgasreinigungsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung der
Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur einer im Abgassystem
einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem aus der DE-OS 22 19 371 bekannten Verfahren ist vorgesehen,
in einem mit der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine
verbundenen Brenner Kraftstoff zu verbrennen, wodurch ein
stromab dieser Brennereinmündung in der Abgasleitung vorgesehener
Katalysator seine Betriebstemperatur schneller erreichen
kann. Bei solchen mit Kraftstoff betriebenen Brennersystemen
entstehen, insbesondere während des Brennerstarts, vermehrt
Schadstoffe (vorwiegend Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid).
Die Schadstoffemission ist damit während des Brennerbetriebes,
also während der Vorwärmphase des Katalysators relativ hoch. Da
die Brenner mit einem relativ hohen Luftüberschuß betrieben werden
müssen, ist eine separate Luftversorgung z. B. in Form eines
zusätzlichen Gebläses erforderlich, dessen Antrieb eine zusätzliche
Leistung erfordert. Darüber hinaus ist die Anordnung einer
zur Regelung des Gemisches der Brennkraftmaschine vorgesehenen
Abgassonde (Lambda-Sonde) auf den Bereich stromauf der Einmündung
des Brenners in die Abgasleitung beschränkt, denn nur in
diesem Bereich ist das Meßsignal der Sonde, welches die Zusammensetzung
des von der Brennkraftmaschine ausgeschobenen Abgases
angeben soll, nicht durch die zusätzlichen Abgase aus dem mit
Kraftstoff betriebenen Brenner verfälscht.
Aus dem DE-GM 91 01 743 ist ein Verfahren bekannt, mit welchem
die Zeitdauer zwischen dem Start einer Brennkraftmaschine und
dem Zeitpunkt, ab welchem ein in der Abgasleitung angeordneter
Katalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat, verkürzt werden
kann. Dies wird dadurch erreicht, daß während der Warmlaufphase
der Brennkraftmaschine mittels eines durch einen Brennstoff
betriebenen Kaltstartbrenners, der Abgasstrom vor dem Eintritt
in den Katalysator vorgewärmt wird. Als Kraftstoff können
hierzu Stoff wie z. B. Benzin, Gas, Petroleum etc. verwendet werden.
Das Verfahren kann eingesetzt werden sowohl bei gemischverdichtenden
als auch bei Dieselbrennkraftmaschinen. Da jedoch bei
gemischverdichtender Brennkraftmaschine in keinem Lastbereich
mit einem nennenswerten Luftüberschuß gefahren wird, muß der für
die Umsetzung des jeweiligen Brennstoffes erforderliche Sauerstoff
separat zugeführt werden. Dasselbe gilt für einen Dieselmotor,
wenn er im höheren Lastbereich, also mit einem nahezu
stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnis betrieben wird. Wie
dieser für die Verbrennung erforderliche Sauerstoff in ausreichendem
Maße zugeführt werden kann, hierzu sagt das DE-GM 91 01
743 nichts aus.
Aus der US-PS 3 657 892 ist ein Verfahren zur Anhebung der Abgastemperatur
einer Dieselbrennkraftmaschine bekannt, bei welchem
ein Teil des Abgases über ein Kohlenstoffelement geleitet
werden kann, welches bewirkt, daß das im Abgas dampfförmig vorhandene
Wasser mit dem Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff
umgesetzt wird. Diese beiden Reaktionsprodukte werden dann
wieder in den Abgashauptstrom zurückgeführt und in einem nachfolgenden
Katalysator zu Wasser und zu unerwünschtem Kohlendioxid
oxydiert. Der hierfür erforderliche Sauerstoff ist im Abgas
des Dieselmotors vorhanden, zumindest in niederen und mittleren
Lastbereichen, in welchen mit einem hohen Luftüberschuß gefahren
wird. In hohen Lastbereichen jedoch ist der zur Umsetzung der
Reaktionsprodukte Wasserstoff und Kohlenmonoxid erforderliche
Sauerstoff im Abgas nicht mehr vorhanden, so daß in diesen Lastbereichen
eine nennenswerte Anhebung der Abgastemperatur nicht
erzielt werden kann. Dasselbe gilt für eine gemischverdichtende
Brennkraftmaschine und hier sogar nicht nur für den hohen Last-,
sondern für den gesamten Lastbereich, da bei dieser Brennkraftmaschinenart
über den gesamten Lastbereich mit einem nahezu
stöchiometrischen Kraftstoff/Luftverhältnis gefahren wird. Das
Verfahren ist somit für die Anhebung der Abgastemperatur bei einer
gemischverdichtenden Brennkraftmaschine denkbar ungeeignet.
Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß mit
Beginn einer Kaltstartphase der Wasserstoff und das Kohlenmonoxid
erst gebildet werden müssen, so daß eine Vorwärmung des
Katalysators nur relativ langsam erfolgen kann. Auch eine Vorwärmung
der Abgasanlage noch vor dem Start der Brennkraftmaschine
ist mit diesem Verfahren nicht möglich.
Aus "Elektrochemie, 2. Aufl., Vogelverlag, Seite 21" ist allgemein
bekannt, daß Wasser mit Hilfe der Elektrolyse in seine Bestandteile
Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden kann. Ein
Hinweis im Hinblick auf eine Verkürzung der Zeitdauer bis zum
Erreichen der Betriebstemperatur einer im Abgasstrom einer
Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung ist
in dieser Literaturstelle nicht angedeutet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art aufzuzeigen, mit
welchem sowohl bei einer Dieselbrennkraftmaschine als auch bei
einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine eine maximale
Reduzierung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur
der Abgasreinigungsanlage ohne eine nennenswerte Erhöhung
der Schadstoffemission erreichbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teiles des Hauptanspruchs gelöst.
Die zusätzliche Erwärmung des Abgases während der Warmlaufphase
der Brennkraftmaschine durch das Verbrennen von Wasserstoff mit
Sauerstoff hat den Vorteil, daß als Reaktionsprodukt lediglich
Wasserdampf entsteht, so daß eine Erhöhung des Schadstoffaus
stoßes während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine durch
das zusätzliche Aufheizen des Abgases zur Reduzierung der Zeitdauer
bis zum Erreichen der Betriebstemperatur der Abgasreinigungsanlage
nicht gegeben ist. Darüber hinaus ist der Einbau
einer Lambda-Sonde nicht auf den Bereich stromauf desjenigen
Bereiches, in welchem die zusätzliche Aufheizung des Abgases
erfolgt, beschränkt, sie kann auch stromab dieses Bereiches angeordnet
sein, denn der bei der Umsetzung des Wasserstoffes entstehende
Wasserdampf hat keinen nennenswerten Einfluß auf das
Meßsignal der Lambdasonde.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß aufgrund
dessen, daß das Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und
Sauerstoff zerlegt wird, immer eine ausreichende Menge an Sauerstoff
vorhanden ist, um den Wasserstoff im Bedarfsfalle wieder
verbrennen zu können. Das Verfahren eignet sich somit auch für
eine gemischtverdichtenden Brennkraftmaschine, welche im wesentlichen
mit einem stöchiometrischen Kraftstoff/Luft-Verhältnis
gefahren wird, bei welcher also im Abgas - wenn überhaupt - nur
verschwindend geringe Mengen an Restsauerstoff vorhanden sind.
Dasselbe gilt für die hohen Lastbereiche einer luftverdichtenden
Einspritzbrennkraftmaschine, in welchen ebenfalls mit einem -
Wert nahe 1 gefahren wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich auf einfache Weise
gerade immer diejenige Menge an Wasserstoff erzeugen, welche für
einen Warmlaufzyklus oder auch für wenige Zyklen mehr erforderlich
ist. Eine separate Vorratshaltung dieses Energieträgers in
größeren Mengen ist damit nicht erforderlich. Dabei hat das erfindungsgemäße
Auffangen der durch die Elektrolyse erzeugten Gase
Wasserstoff und Sauerstoff in einem Zwischenspeicher den Vorteil,
daß zu jedem Zeitpunkt, also auch schon beim Start der
Brennkraftmaschine, immer eine Mindestmenge an Wasserstoff zur
Verfügung steht, welcher mit dem ebenfalls zwischengespeicherten
Sauerstoff umgesetzt werden kann. Ebenso ist durch diese Mindestvorratshaltung
die Möglichkeit geschaffen, den Abgastrakt
bzw. die darin angeordnete Abgasreinigungsvorrichtng bei Bedarf
schon kurze Zeit vor dem Start der Brennkraftmaschine vorzuwärmen
und dies ohne jegliche Schadstoffemission. Wird die Brennkraftmaschine
schließlich gestartet, finden die austretenden Abgase
z. B. einen schon vorgewärmten Katalysator vor, wodurch die
Zeitdauer bis zum Erreichen von dessen Anspringtemperatur und
damit die Schadstofffemission der Brennkraftmaschine weiter reduziert
werden kann.
Das für die Elektrolyse erforderliche Wasser kann in einem Zusatztank
mitgeführt werden, welcher zweckmäßigerweise so dimensioniert
ist, daß dieser ungefähr in den gleichen Zeitintervallen
zu befüllen ist wie der Kraftstofftank. Ein separates Befüllen
eines Zusatztanks kann entfallen, wenn, wie mit Anspruch 2
vorgeschlagen, das zur Elektrolyse erforderliche Wasser permanent
aus dem Abgas der Brennkraftmaschine abgeschieden wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu sind den übrigen
Unteransprüchen zu entnehmen.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
Im einzelnen zeigt in Form von Prinzipdarstellungen
Fig. 1 eine erste Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 2 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist mit 1 eine ein Fahrzeug antreibende
gemischverdichtende Brennkraftmaschine bezeichnet, in deren
Abgasleitung 2 ein Katalysator 3 zur Reinigung der im Abgas
enthaltenen Schadstoffe angeordnet ist. Stromauf des Katalysa
tors 3 ist an die Abgasleitung 2 ein Brenner 4 angeschlossen,
in welchen eine von einem Zündsteuergerät 5 ansteuerbare Zünd
kerze 6 und ein Temperatursensor 7 angeordnet ist. In diesen
Brenner 4 münden ferner zwei Förderleitungen 8 und 9, von denen
im Bereich der Einmündung in den Brenner 4 die eine 9 von der
anderen 8 konzentrisch umgeben ist. Die beiden Förderleitungen
8 und 9 sind von einer Elektrolysevorrichtung 10 abgezweigt,
welche zwei miteinander verbundene Kammern 11 und 12 aufweist,
die teilweise mit Wasser befüllt sind. Die Förderleitungen 8
und 9 sind dabei in einem Bereich oberhalb des jeweiligen Was
serspiegels 13 bzw. 14 der jeweiligen Kammer 11 bzw. 12 abge
zweigt. In jeder der beiden Kammern 11 und 12 ist unterhalb des
Wasserspiegels 13 bzw. 14 je eine Elektrode 15 bzw. 16 ange
ordnet, wobei die Elektrode 15 der Kammer 11 über die Leitung
17 mit dem Pluspol 18 und die Elektrode 16 der Kammer 12 über
die Leitung 19 mit dem Minuspol 20 einer Gleichspannungsquelle
verbunden werden kann. Als Spannungsquelle ist die Fahrzeug
batterie vorgesehen, welche während des Betriebes der Brenn
kraftmaschine 1 über einen von der Brennkraftmaschine 1 ange
triebenen Generator 21 aufladbar ist. Im Verlauf der beiden
Leitungen 17 und 19 ist je ein elektrischer Schalter 22 bzw. 23
angeordnet. Da beide Schalter 22 und 23 über ein Gestänge 24
miteinander gekoppelt sind, können diese synchron zueinander
betätigt werden. Die Schalter 22 und 23 sind dabei derart ge
koppelt, daß sie entweder beide in Öffnungsstellung oder beide
in Schließstellung sich befinden. Betätigt werden die beiden
Schalter 22 und 23 über ein Relais 25, welches über die Steu
erleitung 26 von einer elektronischen Steuereinheit 27 ansteu
erbar ist. Im Bereich 28 der Verbindung der beiden Kammern 11
und 12 ist an die Elektrolysevorrichtung 10 eine Verbindungs
leitung 29 angeschlossen, welche von einem Zusatztank 30 abge
zweigt ist, der wiederum als Vorratsbehälter für das zur Elek
trolyse benötigte Wasser dient. In der Verbindungsleitung 29
sind ferner ein Rückschlagventil 31 und eine Dosierpumpe 32
angeordnet, wobei letztere über die Steuerleitung 33 von der
elektronischen Steuereinheit 27 ansteuerbar ist. In dem Was
serzusatztank 30 ist ferner ein Wärmetauscher 34 angeordnet,
welcher vom Kühlwasser der Brennkraftmaschine 1 durchströmt
wird.
Von jeder der beiden Förderleitungen 8 bzw. 9 ist je eine
weitere Leitung 35 bzw. 36 abgezweigt, von denen jede mit einem
Gasspeicher 37 bzw. 38 verbunden ist. Darüber hinaus ist von
der Förderleitung 8 ferner eine weitere Leitung 39 abgezweigt,
welche mit einer den Druck in den beiden Gasspeichern 37 und 38
konstant haltenden Druckregelvorrichtung 40 verbunden ist.
Diese Druckregelvorrichtung 40 ist über die Steuerleitung 41
von der elektronischen Steuereinheit 27 ansteuerbar.
Im Verlauf der beiden Förderleitungen 8 und 9 sind darüber
hinaus zwei deren Strömungsquerschnitte steuernde Ventile 42
und 43 angeordnet, welche miteinander gekoppelt sind und zwar
derart, daß beide Ventile 42 und 43 entweder in Öffnungsstel
lung oder aber in Schließstellung sich befinden. Betätigt wird
diese aus den beiden Ventilen 42 und 43 bestehende Ventilein
richtung 44 über einen Stellmotor 45, der wiederum von der
elektronischen Steuereinheit 27 über die Steuerleitung 46 an
steuerbar ist.
Unmittelbar stromab des Katalysators 3 ist in der Abgasleitung
2 ein Temperatursensor 47 angeordnet, durch welchen der elek
tronischen Steuereinheit 27 über die Meßwertleitung 48 ein der
aktuellen Abgastemperatur entsprechendes Signal übermittelt
wird. Die Abgastemperatur an dieser Stelle stellt auch ein Maß
für die momentane Temperatur des Katalysators 3 dar.
Über den Sensor 49 und die Meßwertleitung 50 wird der elektro
nischen Steuereinheit 27 ein dem aktuellen Füllstand in der
Kammer 11 entsprechendes Signal und über den Sensor 51 und die
Meßwertleitung 52 ein dem aktuellen Füllstand in dem Zusatztank
30 entsprechendes Signal übermittelt.
Sind nun die beiden elektrischen Schalter 22 und 23 geschlos
sen, so wird durch den nun fließenden Strom das Wasser in den
beiden Kammern in seine Bestandteile Wasserstoff H2 und Sauer
stoff O2 zerlegt. Dabei wird an der positiven Elektrode 15 der
Sauerstoff O2 und an der negativen Elektrode 16 der Wasserstoff
H2 abgeschieden. So lange die beiden Förderleitungen 8 und 9
durch die Ventileinrichtung 44 noch verschlossen ist, so lange
werden die an den beiden Elektroden 15 und 16 aufsteigenden
Gase in in den beiden Gasspeichern 37 und 38 (H2 im Speicher 38
und O2 im Speicher 37) aufgefangen. Die Wassermenge, welche
durch die Elektrolyse zerlegt wird, wird durch die Dosierpumpe
32 den beiden Kammern 11 und 12 wieder zugeführt. Dabei steigt
der Druck in den beiden Gasspeichern 37 und 38 natürlich an,
wobei der Gasdruck ein Maß für die gespeicherte Gasmenge ist.
Die Speicherung der Gase geschieht bis zu einem vorgegebenen
Druckgrenzwert, also bis zu einer vorgegebene Gasmenge. Ist
dieser Grenzwert erreicht, werden die beiden elektrischen
Schalter 22 und 23 geöffnet, so daß der Elektrolyseprozeß un
terbrochen ist. Mit der Druckregelvorrichtung 40 wird verhin
dert, daß der vorgegebene Druckgrenzwert überschritten werden
kann. Gleichzeitig wird durch das in der Verbindungsleitung 29
angeordnete Rückschlagventil 31 bewirkt, daß der Druck in den
Gasspeichern 37 und 38 gehalten werden - auch bei nicht för
dernder Pumpe 32 - und nicht infolge von in den Zusatztank 30
zurückströmendem Wasser abfallen kann.
Wird nun über den Sensor 47 eine Abgastemperatur signalisiert,
welche unterhalb eines der Betriebstemperatur des Katalysators
3 entsprechenden Grenzwertes liegt, d. h. wird also erkannt, daß
die Brennkraftmaschine 1 sich innerhalb der Warmlaufphase be
findet, so wird über die Steuereinheit 27 bzw. den Stellmotor
45 die Ventileinrichtung 44 geöffnet und die Zündkerze 6 über
das Zündsteuergerät 5 für eine vorgegebene Zeitspanne akti
viert. Dies hat zur Folge, daß am Eintritt in den Brenner 4 die
beiden Gase Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 miteinander ver
mischt werden und dieses Gemisch durch die Zündkerze 6 gezündet
wird. Der Wasserstoff H2 und der Sauerstoff O2 reagieren nun zu
Wasser H2O (Wasserdampf) unter Abgabe von Wärmeenergie, durch
welche der Abgasstrom zusätzlich erwärmt wird, so daß die
Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Kataly
sators 3, also bis zum Erreichen des vorgegebenen Temperatur
grenzwertes stromab des Katalysators 3 verkürzt werden kann. Um
ein Erlöschen der Flamme im Brenner 4 zu erkennen, wird über
den Sensor 7 fortlaufend die Temperatur innerhalb des Brenners
4 an die elektronische Steuereinheit 27 übermittelt, und sollte
diese unterhalb desjenigen Wertes liegen, welcher ein Erlöschen
der Flamme anzeigt, so wird erneut die Zündkerze 6 über das
Zündsteuergerät 5 für eine vorgegebene Zeitspanne aktiviert. Da
nun während der Aufheizphase infolge der permanenten Gasent
nahme aus den beiden Gasspeichern 37 und 38 der Druck in letz
teren kontinuierlich absinkt, werden unterhalb eines zweiten
Druckgrenzwertes die beiden elektrischen Schalter 22 und 23
wieder geschlossen, so daß der Elektrolyseprozeß wieder akti
viert wird.
Die beiden Gasspeicher sowie die beiden Druckgrenzwerte können
in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch so ausgelegt sein,
daß die gespeicherte Gasmenge nicht nur für einen Warmlaufzy
klus, sondern für mehrere Warmlaufzyklen ausreicht, bevor durch
Schließen der beiden Schalter 22 und 23 die Elektrolyse wieder
aktiviert wird.
Um ein Eintreten von Wasser in die beiden Gasspeicher 37 und
38, insbesondere bei geöffneter Ventileinrichtung 44 aus
schließen zu können, ist in der Kammer 11 eine Wasserstands
überwachung vorgesehen. Hierzu wird über den Sensor 49 perma
nent der Wasserstand in dieser Kammer 11 an die elektronische
Steuereinheit 27 übermittelt, welche in Abhängigkeit dieses
Signals die Dosierpumpe 32 so ansteuert, daß ein Maximalpegel
nicht überschritten werden kann. Da während der Elektrolyse die
beiden Gase H2 und O2 in einem Verhältnis von 2:1 entstehen und
die beiden Kammern 11 und 12 miteinander verbunden sind, ist
der Wasserpegel 14 in der Kammer 12 immer niederer als der
Wasserpegel 13 in der Kammer 11. Aus diesem Grund ist zur Was
serstandsüberwachung auch nur der eine Sensor 49 in der Kammer
11 vorgesehen.
Signalisiert der Sensor 47, daß der Katalysator 3 seine Be
triebstemperatur erreicht hat, so wird durch den Stellmotor 45
die Ventileinrichtung 44 wieder geschlossen, d. h. über die
beiden Förderleitungen 8 und 9 können nun keine Gase mehr in
den Brenner 4 gelangen.
Der Füllstand im Zusatztank 30 wird über den Sensor 51 ermit
telt und dem Fahrer über eine entsprechendes Display angezeigt.
Der Zusatztank 30 ist dabei so dimensioniert, daß bei einem
durchschnittlichen Einsatzprofil des Fahrzeuges der Kraft
stofftank und der Zusatztank 30 ungefähr zum gleichen Zeitpunkt
entleert sind.
Durch den vom Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher 34 im Zu
satztank 30 wird eine Wirkungsgradverbesserung beim Elektroly
seprozeß erreicht. Das Wasser kann für den Elektrolyseprozeß
natürlich auch elektrisch oder über die im Abgas stromab des
Katalysators noch vorhandene Wärme beheizt werden.
Zusatztank 30, Verbindungsleitung 29 und Elektrolysevorrichtung
10 sind frostsicher ausgeführt.
Da das Gesamtsystem vorwiegend mit passiven Komponenten arbei
tet, unterliegt es auch nur einem geringen Verschleiß, so daß
der zu Wartung dieses Systems erforderliche Aufwand gering ist.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrich
tung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Diese Vorrichtung unterscheidet sich zu der gemäß
Fig. 1 nur dadurch, daß die für die Elektrolyse erforderliche
Wassermenge nicht durch manuelles Betanken eines separaten Zu
satztanks 30 (s. Fig. 1) bereitgestellt werden muß, sondern
diese erforderliche Wassermenge wird hier aus dem Abgas der
Brennkraftmaschine abgeschieden und in einem separaten Zusatz
tank 30′ gesammelt. In der Fig. 2 ist der Übersichtlichkeit
wegen nur der Teil des Gesamtsystems dargestellt, über welchen
das Wasser aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 abgeschieden
wird. Hierzu ist in der Abgasleitung 2′ stromab des Katalysa
tors ein aus der Abgasleitung 2′ herausragendes passives Wär
meleitelement 53 (Heat Pipe) eingesetzt, welches an seinem in
nerhalb der Abgasleitung 2′ angeordneten Ende und an seinem aus
der Abgasleitung 2′ herausragenden Ende mit je einer Wärmeaus
tauschfläche 54 bzw. 55 versehen ist. Die Wärmeaustauschflächen
54 und 55 sind in Form von großflächigen Rippen 56 bzw. 57
ausgebildet. Dabei ist die außerhalb der Abgasleitung 2′ ange
ordnete Wärmeaustauschfläche 55 so positioniert, daß sie vom
Fahrtwind (Pfeil 58) umströmt wird. Ein Teil der Wärme im Abgas
wird nun über die innerhalb der Abgasleitung 2′ angeordnete
Wärmeaustauschfläche 54 auf das Übertragungsteil 59 des Wärme
leitelementes 53 übertragen. (Die Strömungsrichtung der Abgase
ist durch die Pfeile 60 dargestellt). Dadurch daß die dem
Fahrtwind ausgesetzte Wärmeaustauschfläche 55 im Vergleich zu
der innerhalb der Abgasleitung 2′ liegenden Wärmeaustauschflä
che 54 eine geringere Temperatur besitzt, fließt ein Wärmestrom
von der Wärmeaustauschfläche 54 über das Übertragungsteil 59
hin zu der Wärmeaustauschfläche 55, wodurch dem Abgas im Be
reich der Wärmeaustauschfläche 54 Wärme entzogen wird. Infolge
dieser Abkühlung des Wärmeleitelementes 53 im Bereich der Wär
meaustauschfläche 54 kommt es nun zur Kondensation des im Abgas
vorhandenen Wasserdampfes an dieser Wärmeaustauschfläche 54.
Die Menge an Wasser, welche pro Zeiteinheit abgeschieden werden
kann, hängt dabei ab von der Differenz zwischen der Abgasstrom-
und der Umgebungstemperatur sowie von der Fahrzeuggeschwindig
keit. Das an der Wärmeaustauschfläche 54 bzw. an den Rippen 56
kondensierte Wasser tropft nun von dem unteren Ende des Wärme
leitelementes 53 ab in eine an der Unterseite der Abgasleitung
2′ vorgesehene Auffangschale 61, welche an ihrer tiefsten
Stelle mit einer Ablaufbohrung 62 versehen ist, an welche eine
Verbindungsleitung 63 angeschlossen ist, die in den Zusatztank
30′ einmündet. Von diesem Zusatztank 30′ ist wiederum die Ver
bindungsleitung 29′ zu der in dieser Zeichnung nicht mehr
sichtbaren Elektrolysevorrichtung abgezweigt, wobei auch in
dieser Verbindungsleitung 29′ sowohl eine von der elektro
nischen Steuereinheit ansteuerbare Dosierpumpe 32′ als auch
stromab dieser Pumpe 32′ zur Druckhaltung bei abgestellter Do
sierpumpe 32′ ein Rückschlagventil 31′.
Der Vorteil der Verwendung derartiger passiver Wärmeleitele
mente besteht darin, daß für deren Betrieb keine Hilfsenergie
benötigt wird. Selbstverständlich kann das Abgas auch über ein
Kälteaggregat wie z. B. über eine Klimaanlage gekühlt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht beschränkt auf den
Einsatz bei einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mit
einem Katalysator. Es ist ebenso denkbar, das Verfahren auch
bei einem Dieselmotor mit einem in der Abgasleitung angeord
neten Rußfilter und/oder Katalysator einzusetzen. Bei Diesel
motoren ist es auch möglich, den Wasserstoff mit dem im Abgas
strom noch vorhandenen Sauerstoff zu verbrennen. Dies ist mög
lich, da der Dieselmotor insbesondere im Teillastbereich mit
einem hohen Luftüberschuß betrieben wird (Lambda »1), so daß
im Abgas noch Luftsauerstoff vorhanden ist, um mit Wasserstoff
unter Abgabe von Wärme zu Wasser zu reagieren.
Claims (7)
1. Verfahren zur Reduzierung der Zeitdauer bis zum Erreichen
der Betriebstemperatur einer im Abgassystem einer Brennkraft
maschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung, bei welchem
während dieser Zeitdauer stromauf der Abgasreinigungsvorrich
tung die Temperatur des Abgases durch Verbrennen eines gasför
migen Energieträgers zusätzlich erhöht wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Energieträger Wasserstoff verwendet wird, welcher durch
Elektrolyse von Wasser erzeugt wird und daß die bei der Elektrolyse
entstehenden Gase zwischengespeichert werden, wobei der
Druck in dem Zwischenspeicher durch entsprechendes Deaktivieren
und Aktivieren des Elektrolysevorganges auf einen einer
bestimmten Gasvorratsmenge entsprechenden Wert geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wasser aus dem Abgas der Brennkraftmaschine (1) abge
schieden wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 2 mit einem stromauf der Abgasreinigungsanlage
in das Abgassystem einmündenden Brenner zur Umsetzung des Energieträgers,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Elektrolysevorrichtung (10) vorgesehen ist, welche
zwei miteinander verbundene, mit Wasser teilweise befüllte
Kammern (11, 12) aufweist, wobei jeweils unterhalb des Wasser
spiegels (13, 14) in einer Kammer (11) die positive Elektrode
(15) und in der anderen Kammer (12) die negative Elektrode (16)
einer Gleichspannungsquelle angeordnet ist und daß von jeder
der beiden Kammern (11 bzw. 12) im Bereich oberhalb des Was
serspiegels (13 bzw. 14) je eine Förderleitung (8 bzw. 9) ab
gezweigt ist, welche in den Brenner (4) einmündet, daß von jeder
der beiden Förderleitungen (8, 9) je eine mit einem separaten
Gasspeicher (37, 38) verbundene Leitung (35, 36) abgezweigt
ist, daß wenigstens eine den Druck in den beiden Gasspeichern
(37, 38) konstant haltende Druckregelvorrichtung (40) vorgesehen
ist und daß die Elektrolysevorrichtung (10) im Bereich (28) der
Verbindung der beiden Kammern (11, 12) über eine Verbindungsleitung
(29, 29′) mit einem Zusatztank (30, 30′) verbunden ist,
wobei in der Verbindungsleitung (29, 29′) eine Dosierpumpe
(32, 32′) und ein den Druck in den Gasspeichern (37, 38) haltendes
Rückschlagventil (31, 31′) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Zusatztank (30) eine Heizeinrichtung (34) angeordnet
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit welcher die Füll
standshöhen in jeder der beiden Kammern (11, 12) auf je einen
vorgegebenen Wert geregelt werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine elektronische Steuereinheit (27) vorgesehen ist,
welcher ein der aktuellen Temperatur der Abgasreinigungsvor
richtung (3) entsprechendes Signal zugeführt wird und welche in
Abhängigkeit dieses Signals eine den Querschnitt der beiden
Förderleitungen (8, 9) steuernde Ventileinrichtung (44) derart
steuert, daß diese sich unterhalb eines vorgegebenen Grenz
wertes für die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (3) in
Öffnungsstellung befindet und ansonsten geschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Brennkammer (4) eine Zündeinrichtung (6) angeordnet
ist, welche durch die elektronische Steuereinheit (27) dann für
eine vorgegebene Zeitspanne aktiviert ist, wenn die Ventilein
richtung (44) sich in Öffnungsstellung befindet und wenn
gleichzeitig ein in der Brennkammer (4) angeordneter weiterer
Temperatursensor (7) signalisiert, daß die Temperatur in der
Brennkammer (4) unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.
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