[0001] Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem Abgasfilter, der
einen in einem Abgasfiltergehäuse angeordneten, eine Vielzahl von Strömungskanälen
ausbildenden Abgasfilterkörper aufweist, und einer elektrischen Heizeinrichtung zur
Beheizung des Abgasfilterkörpers, wobei der Abgasfilterkörper von einer Gehäusewand
des Abgasfiltergehäuses eingefasst ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung
mit einem abgaserzeugenden Antriebsaggregat und einer Abgasreinigungseinrichtung zur
Reinigung des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases sowie ein Verfahren zum Betreiben
einer Antriebseinrichtung.
[0002] Die Abgasreinigungseinrichtung dient der Reinigung von Abgas, welche von dem abgaserzeugenden
Antriebsaggregat, welches beispielsweise Bestandteil der Antriebseinrichtung ist,
während seines Betriebs erzeugt werden. Insbesondere ist dabei eine Umwandlung von
in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen in unschädliche oder zumindest unschädlichere
Stoffe vorgesehen. Der Abgasfilter verfügt über den Abgasfilterkörper, welcher die
eigentliche filternde und/oder katalytische Wirkung auf das Abgas beziehungsweise
die in diesem enthaltenen Schadstoffe ausübt. Der Abgasfilterkörper besteht beispielsweise
aus einem Wabenkörper, in dem die Vielzahl von Strömungskanälen vorliegt. Der Wabenkörper
besteht bevorzugt aus Keramik, beispielsweise Cordierit. Auch andere Materialien können
jedoch zur Herstellung des Wabenkörpers verwendet werden.
[0003] Der Abgasfilterkörper kann - im Falle einer zumindest teilweisen Ausgestaltung des
Abgasfilters als Abgaskatalysator - mit einer katalytischen Beschichtung versehen
sein. Beispielsweise liegt diese Beschichtung in Form eines sogenannten Wash Coats
vor, welcher zur Vergrößerung einer effektiven Oberfläche eine hohe Rauheit, insbesondere
eine höhere Rauheit als der Abgasfilterkörper selbst, aufweist. Bevorzugt ist in der
Beschichtung wenigstens ein katalytisch wirksames Element, beispielsweise ein Edelmetall,
eingelagert. Beispielsweise kommen hier eines oder mehrere der folgenden Edelmetalle
zum Einsatz: Platin, Rhodium und Palladium. Der Abgaskatalysator kann beispielsweise
als Dreiwegekatalysator oder als Vierwegekatalysator ausgestaltet sein. Alternativ
oder zusätzlich kann der Abgasfilter jedoch auch als Partikelfilter ausgestaltet sein
oder zumindest einen solchen aufweisen. Der Partikelfilter ist zum Beispiel ein Ottopartikelfilter
oder ein Dieselpartikelfilter.
[0004] Der Abgasfilterkörper ist in dem Abgasfiltergehäuse angeordnet. Das Abgasfiltergehäuse
dient insbesondere der Strömungsführung der Abgasströmung. Insoweit weist das Abgasfiltergehäuse
einen Abgaseinlass und einen Abgasauslass auf. Durch den Abgaseinlass kann Abgas in
das Abgasfiltergehäuse austreten. Nachfolgend durchströmt es das Abgasfiltergehäuse
und tritt durch den Abgasauslass aus dem Abgasfiltergehäuse aus. In dem Strömungsweg
zwischen dem Abgaseinlass und dem Abgasauslass ist der Abgasfilterkörper in dem Abgasfiltergehäuse
angeordnet, Dies ist dabei derart vorgesehen, dass das Abgas bei der Durchströmung
des Abgasfiltergehäuses, also auf dem Strömungsweg zwischen dem Abgaseinlass und dem
Abgasauslass, durch den Abgasfilterkörper beziehungsweise dessen Strömungskanäle hindurchtritt.
Bevorzugt ist dabei der Abgasfilterkörper derart in dem Abgasfiltergehäuse angeordnet,
dass das gesamte durch den Abgaseinlass in das Abgasfiltergehäuse eintretende Abgas
den Abgasfilterkörper beziehungsweise seine Strömungskanäle durchströmt.
[0005] Der Abgasfilterkörper ist hierzu vorzugsweise von der Gehäusewand des Abgasfiltergehäuses
eingefasst. Beispielsweise umgreift die Gehäusewand den Abgasfilterkörper in Umfangsrichtung
bezüglich einer Längsmittelachse des Abgasfilterkörpers beziehungsweise einer Durchströmungsrichtung
des Abgasfiltergehäuses vollständig. Bevorzugt begrenzt die Gehäusewand den Abgaseinlass
und/oder über den Abgasauslass. Besonders bevorzugt sind der Abgaseinlass und der
Abgasauslass jeweils als randgeschlossene Öffnung in der Gehäusewand ausgebildet.
Die Gehäusewand sorgt insoweit für eine Strömungsführung des das Abgasfiltergehäuse
durchströmenden Abgases von dem Abgaseinlass bis hin zu dem Abgasauslass.
[0006] Der Abgasfilter weist seine höchsten Umwandlungsraten für die Schadstoffe bei einer
bestimmten Betriebstemperatur auf. Insbesondere bei Temperaturen unterhalb dieser
Betriebstemperatur sind die Umwandlungsraten äußerst niedrig, sodass die Abgase ohne
Umwandlung den Abgasfilter durchströmen können, also zusammen mit dem Abgas aus dem
Abgasauslass des Abgasfilters austreten. Um dies zu vermeiden, ist die elektrische
Heizeinrichtung vorgesehen. Diese dient der Beheizung des Abgasfilterkörpers, um diesen
möglichst rasch auf die Betriebstemperatur zu bringen. Bevorzugt erfolgt dies bereits
vor einem Betriebsbeginn des abgaserzeugenden Antriebsaggregats, also bevor der Abgasfilter
von Abgas durchströmt wird. Besonders bevorzugt wird der Abgasfilterkörper mittels
der Heizeinrichtung bereits auf seine Betriebstemperatur gebracht, bevor das abgaserzeugende
Antriebsaggregat in Betrieb genommen wird, also Abgas erzeugt wird.
[0007] Das Beheizen des Abgasfilterkörpers mittels der elektrischen Heizeinrichtung ist
äußerst energieaufwendig. Dies gilt umso mehr, wenn das abgaserzeugende Antriebsaggregat
lediglich temporär betrieben wird, wie es beispielsweise bei einer Hybridantriebseinrichtung
eines Kraftfahrzeugs der Fall sein kann. In diesem Fall muss der Abgasfilterkörper
während eines Betriebs des Kraftfahrzeugs bei abgeschaltetem abgaserzeugendem Antriebsaggregat
durchgehend beheizt werden, weil die Einrichtung jederzeit gestartet werden kann.
[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Abgasreinigungseinrichtung vorzuschlagen, welche
gegenüber bekannten Abgasreinigungseinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere trotz
vorsehen der elektrischen Heizeinrichtung zur Beheizung des Abgasfilterkörpers einen
energieeffizienten Betrieb der Abgasreinigungseinrichtung ermöglicht.
[0009] Dies wird erfindungsgemäß mit einer Abgasreinigungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass auf der dem Abgasfilterkörper
abgewandten Seite der Gehäusewand ein Wärmeübertrager angeordnet ist, der über die
Gehäusewand mit dem Abgasfilterkörper in Wärmeübertragungsverbindung steht.
[0010] Die Abgasreinigungseinrichtung weist also zusätzlich zu dem Abgasfilter den Wärmeübertrager
auf. Dieser ist derart ausgestaltet, dass er dem Abführen von Wärme von dem Abgasfilterkörper
dient. Entsprechend ist er derart angeordnet, dass er mit dem Abgasfilterkörper in
Wärmeübertragungsverbindung steht. Die Wärmeübertragungsverbindung liegt über die
Gehäusewand vor. Hierzu besteht die Gehäusewand vorzugsweise aus einem wärmeleitenden
Material, insbesondere in einem Bereich der Gehäusewand, an welchem der Abgasfilterkörper
einerseits und der Wärmeübertrager andererseits anliegen.
[0011] Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Gehäusewand aus mehreren Teilabschnitten
besteht, welche aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise besteht
die Gehäusewand in einem Teilbereich, an welchem sowohl der Wärmeübertrager als auch
der Abgasfilterkörper anliegt, aus einem Material, welches eine höhere Wärmeleitfähigkeit
aufweist als ein Material, aus welchem wenigstens ein weiterer Teilbereich die Gehäusewand
besteht, der abseits des Wärmeübertragers und des Abgasfilterkörpers vorliegt, also
von diesen beabstandet ist.
[0012] Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, in der Gehäusewand wenigstens
ein Wärmeleitelement anzuordnen, über welches der Abgasfilterkörper in Wärmeübertragungsverbindung
mit dem Wärmeübertrager steht. Ein solches Wärmeleitelement kann beispielsweise ein
Wärmerohr, beispielsweise eine Heatpipe oder ein Thermosiphon, sein. Ist eine derartige
Wärmeleiteinrichtung vorgesehen, so kann selbstverständlich die Gehäusewand durchgehend
materialeinheitlich sein, also durchgängig aus demselben Material bestehen.
[0013] Der Wärmeübertrager ist auf der dem Abgasfilterkörper abgewandten Seite der Gehäusewand
angeordnet. Insbesondere soll der Wärmeübertrager nicht direkt von Abgas angeströmt
und/oder überströmt sein. Vielmehr soll der Wärmeübertrager außerhalb von abgasführenden
Bereichen des Abgasfiltergehäuses vorliegen. Entsprechend dient der Wärmeübertrager
schlussendlich dem Abführen von Wärme von dem Abgasfilterkörper, nicht jedoch dem
direkten Entnehmen von Wärme aus dem Abgas. Dies ist lediglich mittelbar über den
Abgasfilterkörper vorgesehen.
[0014] Die mittels des Wärmeübertragers dem Abgasfilterkörper entnommene Wärme kann einer
beliebigen anderen Einrichtung zugeführt werden. Beispielsweise ist der Wärmeübertrager
an einen Kühlkreislauf angeschlossen, welcher der Temperierung beziehungsweise Kühlung
eines Antriebsaggregats der Antriebseinrichtung dient. Zusätzlich oder alternativ
kann die Wärme zum Temperieren eines Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs herangezogen
werden. Das bedeutet, dass zwar einerseits der Abgasfilterkörper mittels der elektrischen
Heizeinrichtung beheizt wird, die hierzu verwendete Energie jedoch auch für andere
Zwecke eingesetzt, insbesondere wenn der Abgasfilterkörper bereits seine Betriebstemperatur
erreicht hat.
[0015] Zudem wird durch den Wärmeübertrager die thermische Masse des Abgasfilters beziehungsweise
der Abgasreinigungseinrichtung vergrößert, sodass ein Auskühlen des Abgasfilters,
insbesondere ausgehend von seiner Betriebstemperatur, im Vergleich mit herkömmlichen
Abgasreinigungseinrichtungen verzögert ist. Auch ist es möglich, den Wärmeübertrager
zum Kühlen des Abgases zu verwenden. Beispielsweise wird dem Abgas mittels des Wärmeübertragers
eine bestimmte Wärmemenge entzogen, die derart gewählt ist, dass stromabwärts des
Wärmeübertragers das Abgas eine bestimmte Abgastemperatur aufweist oder diese zumindest
nicht überschreitet. Dies kann beispielsweise vorgesehen sein, wenn das Abgas stromabwärts
der Abgasreinigungseinrichtung eine Abgasleitung durchströmt, die im Bereich eines
Energiespeichers für elektrische Energie, insbesondere einer Batterie, beispielsweise
einer Hochvoltbatterie, vorliegt oder durch diesen/diese verläuft. Auch wenn die Abgasleitung
durch einen Tunnel verläuft, kann die beschriebene Vorgehensweise angewandt werden.
[0016] Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in axialer
Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Abgasfilterkörpers gesehen der Wärmeübertrager
mehrere jeweils an der Gehäusewand anliegende Wärmeübertragerbereiche aufweist, die
voneinander verschiedene Innenabmessungen aufweisen. Beispielsweise setzt sich das
Abgasfiltergehäuse beziehungsweise die Gehäusewand aus mehreren Teilbereichen zusammen.
Vorzugsweise grenzen diese Teilbereiche in axialer Richtung bezüglich der Längsmittelachse
des Abgasfilterkörpers gesehen aneinander an. Selbstverständlich können einige der
Teilbereiche auch voneinander beabstandet angeordnet sein. Die Teilbereiche des Abgasfiltergehäuses
können voneinander verschiedene Außenabmessungen aufweisen.
[0017] Der Wärmeübertrager ist an das Abgasfiltergehäuse beziehungsweise die Teilbereiche
form- und/oder abmessungsangepasst, insbesondere derart, dass er von außen an ihm
beziehungsweise ihnen anliegt. Entsprechend weist der Wärmeübertrager mehrere voneinander
verschiedene Wärmeübertragerbereiche auf, welche über voneinander abweichende Innenabmessungen
verfügen. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager in axialer Richtung
größere Abmessungen aufweist als der Abgasfilterkörper. Insbesondere erstreckt sich
der Wärmeübertrager in stromabwärtige Richtung bezüglich der Durchströmungsrichtung
des Abgases durch den Abgasfilter über den Abgasfilterkörper hinaus. Alternativ kann
es selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Wärmeübertrager auf seiner stromabwärts
gelegenen Seite mit dem Abgasfilterkörper fluchtet beziehungsweise stromaufwärts von
diesem endet.
[0018] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zumindest einer der Wärmeübertragerbereiche
eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Innenumfangsfläche und/oder zumindest
ein weiterer der Wärmeübertragerbereiche eine konische Innenumfangsfläche aufweist.
Grundsätzlich können die Wärmeübertagebereiche eine beliebige Form aufweisen. Bevorzugt
ist jedoch einer der Wärmeübertragerbereiche zylindrisch und ein anderer der Wärmeübertragerbereiche
konisch. Dies gilt entsprechend auch für die Teilabschnitte der Gehäusewand beziehungsweise
des Abgasfiltergehäuses, an welchen der jeweilige Wärmeübertragerbereich anliegt.
[0019] Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Abgasfiltergehäuse in Durchströmungsrichtung
des Abgases gesehen zunächst einen zylindrischen Teilbereich aufweist, an welchen
sich ein konischer Teilbereich anschließt, sodass sich der Durchströmungsquerschnitt
in Strömungsrichtung vergrößert. An den konischen Teilbereich schließt sich wiederum
ein zylindrischer Teilbereich an, in welchem der Abgasfilterkörper vorliegt. Stromabwärts
des Abgasfilterkörpers liegt erneut ein konischer Teilbereich vor, in welchem sich
der Durchströmungsquerschnitt in Strömungsrichtung verkleinert. An diesen konischen
Teilbereich kann sich wiederum ein zylindrischer Teilbereich anschließen. In dem zuerst
genannten Teilbereich kann der Abgaseinlass und in dem zuletzt genannten Teilbereich
der Abgasauslass vorliegen.
[0020] Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen sein,
dass das Abgasfiltergehäuse und/oder der Wärmeübertrager wenigstens bereichsweise
von einer, insbesondere wenigstens einerseits des Wärmeübertragers oder beiderseits
des Wärmeübertragers an der Gehäusewand anliegenden, Wärmeisolierung umgriffen ist.
Die Wärmeisolierung dient der thermischen Isolierung der Abgasreinigungseinrichtung,
sodass möglichst wenig Wärme des Abgasfilterkörpers verloren geht, insbesondere falls
er nicht von Abgas durchströmt ist. Die Wärmeisolierung umgreift das Abgasfiltergehäuse
und/oder den Wärmeübertrager wenigstens bereichsweise, insbesondere in Umfangsrichtung
bezüglich der Längsmittelachse des Abgasfilterkörpers vollständig. Bevorzugt liegt
die Wärmeisolierung hierbei an einer Außenumfangsfläche des Abgasfiltergehäuses und/oder
des Wärmeübertragers an.
[0021] Weiter bevorzugt erstreckt sich die Wärmeisolierung in Strömungsrichtung wenigstens
einseitig, bevorzugt jedoch beidseitig, über den Wärmeübertrager hinaus. Das bedeutet,
dass die Wärmeisolierung in Strömungsrichtung durchgehend an dem Wärmeübertrager anliegt
und beidseitig des Wärmeübertragers an dem Abgasfiltergehäuse anliegt. Es kann hierbei
vorgesehen sein, dass sich die Wärmeisolierung in Strömungsrichtung von dem Abgaseinlass
bis hin zu dem Abgasauslass des Abgasfiltergehäuses erstreckt.
[0022] Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung mit einem abgaserzeugenden
Antriebsaggregat und einer Abgasreinigungseinrichtung zur Reinigung des von dem Antriebsaggregat
erzeugten Abgases, insbesondere einer Abgasreinigungseinrichtung gemäß den vorstehenden
Ausführungen, wobei die Abgasreinigungseinrichtung über einen Abgasfilter, der einen
in einem Abgasfiltergehäuse angeordneten, eine Vielzahl von Strömungskanälen ausbildenden
Abgasfilterkörper aufweist, und über eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung
des Abgasfilterkörpers verfügt, wobei der Abgasfilterkörper von einer Gehäusewand
des Abgasfiltergehäuses eingefasst ist. Dabei ist vorgesehen, dass auf der dem Abgasfilterkörper
abgewandten Seite der Gehäusewand ein Wärmeübertrager angeordnet ist, der über die
Gehäusewand mit dem Abgasfilterkörper in Wärmeübertragungsverbindung steht.
[0023] Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Abgasreinigungseinrichtung beziehungsweise
der Antriebseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung
als auch die Abgasreinigungseinrichtung können gemäß den vorstehenden Ausführungen
weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
[0024] Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Kühlkreislauf zur
Temperierung des Antriebsaggregats vor, der strömungstechnisch an den Wärmeübertrager
angeschlossen ist. Allgemein ausgedrückt dient der Kühlkreislauf der Temperierung
des Antriebsaggregats, sodass er auch als Temperierkreislauf bezeichnet werden kann.
Der Kühlkreislauf ist strömungstechnisch an den Wärmeübertrager angeschlossen, sodass
in dem Kühlkreislauf zirkulierendes Kühlmittel zumindest zweitweise auch durch den
Wärmeübertrager geführt wird. Auf diese Art und Weise kann die dem Abgasfilterkörper
entnommene Wärme dem temperieren des Antriebsaggregats dienen, insbesondere falls
dieses momentan nicht betrieben wird.
[0025] Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkreislauf strömungstechnisch
direkt oder über einen weiteren Wärmeübertrager an einen Fahrgastraumheizkreislauf
angeschlossen ist. Der Fahrgastraumheizkreislauf dient der Temperierung eines Fahrgastraums
des Kraftfahrzeugs. Es kann nun vorgesehen sein, dass das in dem Kühlkreislauf verwendete
Kühlmittel unmittelbar dem Fahrgastraumheizkreislauf zugeführt wird. Alternativ kann
zwischen dem Kühlkreislauf und dem Fahrgastraumheizkreislauf ein weiterer Wärmeübertrager
vorliegen, sodass der Kühlkreislauf und der Fahrgastraumheizkreislauf fluidtechnisch
voneinander entkoppelt sind.
[0026] Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung,
insbesondere einer Antriebseinrichtung gemäß den vorstehenden Ausführungen, die ein
abgaserzeugendes Antriebsaggregat und eine Abgasreinigungseinrichtung zur Reinigung
des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas aufweist, wobei die Abgasreinigungseinrichtung
über einen Abgasfilter, der einen in einem Abgasfiltergehäuse angeordneten, eine Vielzahl
von Strömungskanälen ausbildenden Abgasfilterkörper aufweist, und eine elektrische
Heizeinrichtung zum Beheizen des Abgasfilterkörpers verfügt, wobei der Abgasfilterkörper
von einer Gehäusewand des Abgasfiltergehäuses eingefasst ist. Dabei ist vorgesehen,
dass auf der dem Abgasfilterkörper abgewandten Seite der Gehäusewand ein Wärmeübertrager
angeordnet ist, der über die Gehäusewand mit dem Abgasfilterkörper in Wärmeübertragungsverbindung
steht.
[0027] Hinsichtlich der Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung
sowie der entsprechenden Vorgehensweise sowie hinsichtlich möglicher Weiterbildungen
der Antriebseinrichtung und des Verfahrens wird erneut auf die vorstehenden Ausführungen
Bezug genommen.
[0028] Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass
in einer ersten Betriebsart der Abgasfilterkörper mittels der Heizeinrichtung beheizt
wird, wobei ein Kühlmittelstrom durch den Wärmeübertrager unterbrochen wird bis der
Abgasfilterkörper eine Solltemperatur erreicht hat und nach dem Erreichen der Soltemperatur
dem Abgasfilterkörper mittels des Wärmeübertragers Wärme entnommen wird, die nachfolgend
zum Temperieren wenigstens einer Fahrzeugeinrichtung, insbesondere des Antriebsaggregats,
eines Fahrgastraums und/oder eines Energiespeichers, verwendet wird. Im Rahmen der
ersten Betriebsart soll insoweit der Abgasfilterkörper zunächst möglichst rasch auf
seine Betriebstemperatur gebracht werden. Hierzu wird dem Abgasfilterkörper vorzugsweise
Wärme mittels der Heizeinrichtung zugeführt. Zusätzlich kann ihm Wärme des Abgases
zugeführt werden.
[0029] Hat der Abgasfilterkörper seine Solltemperatur erreicht, ist die Temperatur des Abgasfilterkörpers
also größer oder gleich der Solltemperatur, so kann der Kühlmittelstrom durch den
Wärmeübertrager freigegeben werden, sodass das Kühlmittel den Wärmeübertrager durchströmt.
Mithilfe des Wärmeübertragers beziehungsweise dem Kühlmittel wird nachfolgend dem
Abgasfilterkörper Wärme entnommen und der wenigstens einen Fahrzeugeinrichtung zugeführt.
[0030] Schließlich kann eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vorsehen, dass in einer
zweiten Betriebsart die Heizeinrichtung deaktiviert wird, wobei dem Abgasfilterkörper
mittels des Wärmeübertragers Wärme zum Temperieren der wenigstens einen Fahrzeugeinrichtung
entnommen wird. In der zweiten Betriebsart ist die Heizeinrichtung deaktiviert. Dem
Abgasfilterkörper wird insoweit keine oder lediglich mittels des Abgases Wärme zugeführt.
In jedem Fall kann dem Abgasfilterkörper jedoch mittels des Wärmeübertragers Wärme
entnommen werden, die nachfolgend zum Temperieren der wenigstens einen Fahrzeugeinrichtung
herangezogen wird.
[0031] Beispielsweise ist eine derartige Vorgehensweise während des Betreibens des abgaserzeugenden
Antriebsaggregats vorgesehen, sodass die in dem Abgas enthaltene Wärme zum Temperieren
der Fahrzeugeinrichtung verwendet wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dem Abgasfilterkörper
die Wärme zu entnehmen, obwohl ihm weder mittels der Heizeinrichtung noch über das
Abgas Wärme zugeführt wird. In diesem Fall wird beispielsweise der Abgasfilterkörper
als Wärmespeicher verwendet. Bevorzugt wird dies durchgeführt, wenn die Temperatur
des Abgasfilterkörpers größer ist als die Solltemperatur. Die Solltemperatur kann
hierbei der vorstehend erwähnten Betriebstemperatur entsprechen.
[0032] Bevorzugt ist es vorgesehen, die erste Betriebsart durchzuführen, wenn erkannt wird,
dass sich ein Fahrer dem Kraftfahrzeug nähert. Dies wird insbesondere aufgrund einer
Annäherung eines Fahrzeugschlüssels an das Kraftfahrzeug erkannt. Entsprechend wird
der Abgasfilterkörper mithilfe der Heizeinrichtung beheizt, sodass sich seine Temperatur
in Richtung der Solltemperatur beziehungsweise Betriebstemperatur erhöht. Hat der
Abgasfilterkörper seine Solltemperatur erreicht, kann die mittels der Heizeinrichtung
dem Abgasfilterkörper zugeführte Wärme zusätzlich zum Temperieren des Antriebsaggregats,
des Fahrgastraums oder dergleichen herangezogen werden.
[0033] Beispielsweise kann in den Wärmeübertrager ein Fluid vorliegen, welches in dem Wärmeübertrager
oder innerhalb eines dem Wärmeübertrager zugeordneten geschlossenen Kühlmittelkreislauf
umgewälzt wird. Als Kühlmittel kommt beispielsweise Thermoöl zum Einsatz. Dieses kann
in dem Wärmeübertrager beziehungsweise dem Kühlmittelkreislauf entweder aktiv, also
mittels einer Fördereinrichtung, oder passiv umgewälzt werden. Für das passive Umwälzen
wird beispielsweise der Thermosiphoneffekt herangezogen. Bei einer derartigen Ausgestaltung
des Wärmeübertragers ist der Wärmeübertrager strömungstechnisch über einen weiteren
Wärmeübertrager an den Kühlkreislauf und/oder den Fahrgastraumheizkreislauf angeschlossen.
[0034] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die
einzige
[0035] Figur eine schematische Teilschnittdarstellung einer Abgasreinigungseinrichtung,
die einen Abgasfilter, einen Wärmeübertrager sowie eine Wärmeisolierung aufweist.
[0036] Die Figur zeigt eine schematische teilgeschnittene Darstellung einer Abgasreinigungseinrichtung
1. Dies verfügt über einen Abgasfilter 2, der wiederum einen Abgasfilterkörper 3 aufweist.
In dem Abgasfilterkörper 3 ist eine Vielzahl von hier nicht im Einzelnen dargestellten
Strömungskanälen ausgebildet. Der Abgasfilterkörper ist in einem Abgasfiltergehäuse
4 angeordnet und wird dabei von einer Gehäusewand 5 des Abgasfiltergehäuses 4 eingefasst.
Bezüglich einer Strömungsrichtung von die Abgasreinigungseinrichtung 1 durchströmendem
Abgases umfasst die Gehäusewand 5 den Abgasfilterkörper 3 in Umfangsrichtung vorzugsweise
vollständig. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch die Pfeile 6 angedeutet.
[0037] In dem Abgasfiltergehäuse 4 sind ein Abgaseinlass 7 sowie ein Abgasauslass 8 ausgebildet.
Das Abgas strömt durch den Abgaseinlass 7 in das Abgasfiltergehäuse 4 ein und durch
den Abgasauslass 8 aus dem Abgasfiltergehäuse 4 aus. In Strömungsrichtung des Abgases
zwischen dem Abgaseinlass 7 und dem Abgasauslass 8 ist der Abgasfilterkörper 3 angeordnet,
nämlich derart, dass das gesamte den Abgasfilter 2 durchströmende Abgas den Abgasfilterkörper
3 beziehungsweise dessen Strömungskanäle durchtritt. Um dies zu erreichen, kann der
Abgasfilterkörper 3 beispielsweise über ein Befestigungselement 9 an der Gehäusewand
5 dichtend befestigt sein. Das Befestigungselement 9 besteht beispielsweise aus einem
elastischen Material.
[0038] Auf der dem Abgasfilterkörper 3 abgewandten Seite der Gehäusewand 5 ist ein Wärmeübertrager
10 angeordnet. Ein Fluidraum 11 des Wärmeübertragers 10, in welchem ein Kühlmittel
vorliegt, wird beispielsweise zumindest bereichsweise von der Gehäusewand 5 mit ausgebildet.
Der Wärmeübertrager 10 liegt in Strömungsrichtung des Abgases gesehen wenigstens teilweise
in Überdeckung mit dem Abgasfilterkörper 3 vor. Insbesondere erstreckt sich der Wärmeübertrager
10 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts über den Abgasfilterkörper 3 hinaus.
Besonders bevorzugt lieg der Wärmeübertrager 10 dabei näher an dem Abgasauslass 8
als an dem Abgaseinlass 7. Auch eine umgekehrte Ausgestaltung kann jedoch vorgesehen
sein.
[0039] Der Wärmeübertrager 10 weist vorzugsweise mehrere Fluidanschlüsse 12 und 13 auf,
wobei einer der Fluidanschlüsse 12 und 13 als Fluideinlass und ein anderer der Fluidanschlüsse
12 und 13 als Fluidauslass dient. Durch den Fluideinlass kann dem Wärmeübertrager
10 das Kühlmittel zugeführt und durch den Fluidauslass entnommen werden. Bevorzugt
ist der Wärmeübertrager 10 beziehungsweise sein Fluidraum 11 einem Kühlkreislauf zur
Kühlung eines Antriebaggregats einer Antriebseinrichtung zugeordnet, wobei die Abgasreinigungseinrichtung
1 Bestandteil der Antriebseinrichtung ist.
[0040] In dem Fluidraum 11 können wenigstens ein Strömungsführungselement und/oder wenigstens
ein Oberflächenvergrößerungselement angeordnet sein. Das wenigstens eine Strömungsführungselement
ist beispielsweise derart angeordnet und/oder ausgebildet, dass das durch den Fluideinlass
zugeführte Fluid hin zu dem Fluidauslass geführt wird. Beispielsweise sind der Fluideinlass
und der Fluidauslass in axialer Richtung voneinander beabstandet, insbesondere in
axialer Richtung an gegenüberliegenden Enden des Fluidraums 11 angeordnet. Beispielsweise
soll das Strömungsführungselement nun das zugeführte Fluid derart spiralförmig leiten,
dass es auf dem Weg hin zu dem Fluidauslass in Umfangsrichtung wenigstens um 180°
umgelenkt wird. Auch eine Umlenkung um wenigstens 360°, wenigstens 720°, wenigstens
1080°, wenigstens 1440° oder wenigstens 1800° kann vorgesehen sein. Beispielsweise
bildet das Strömungsführungselement in dem Fluidraum 11 einen Strömungskanal aus,
der an dem Fluideinlass beginnt und an dem Fluidauslass endet und in Umfangsrichtung
gesehen mehrere Windungen aufweist, insbesondere mindestens 2, mindestens 3, mindestens
4 oder mindestens 5.
[0041] Zusätzlich oder alternativ ist das Oberflächenvergrößerungselement in dem Fluidraum
11 vorgesehen. Dieses ist an der Gehäusewand 5 befestigt und durchgreift den Fluidraum
11 in radialer Richtung bevorzugt lediglich teilweise. Alternativ kann selbstverständlich
auch ein vollständiges Durchgreifen vorgesehen sein. In diesem Fall ist das Oberflächenvergrößerungselement
zusätzlich als Strömungsführungselement ausgebildet.
[0042] Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass stromabwärts des Abgasfilterkörpers 3 in
dem Abgasfiltergehäuse 4 wenigstens ein von dem Abgas angeströmtes und/oder überströmtes
Abgasleitelement angeordnet ist. Dieses ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass
es Abgas in radialer Richtung nach außen in Richtung der Gehäusewand 5 lenkt. Auf
diese Art und Weise kann dem Abgas eine vergleichsweise große Wärmemenge entzogen
werden. Zusätzlich oder alternativ dies das Abgasleitelement der Oberflächenvergrößerung.
In diesem Fall besteht das Abgasleitelement beispielsweise aus einem wärmeleitenden
Material und ist wärmeleitend mit der Gehäusewand 5 verbunden. Das Abgasleitelement
erstreckt sich in jedem Fall ausgehend von der Gehäusewand 5 ausgehend in radialer
Richtung nach innen.
[0043] Es ist erkennbar, dass sowohl das Abgasfiltergehäuse 4 als auch der Wärmeübertrager
10 jeweils zumindest bereichsweise von einer Wärmeisolierung 14 umgriffen ist. Insbesondere
erstreckt sich die Wärmeisolierung 14 sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts über
den Wärmeübertrager 10 hinaus und liegt somit beidseitig des Wärmeübertragers 10 an
der Gehäusewand 5 an. Beispielsweise erstreckt sich die Wärmeisolierung 14 von dem
Abgaseinlass 7 bis hin zu dem Abgasauslass 8.
[0044] Weiter ist erkennbar, dass der Wärmeübertrager 10 unterschiedliche Wärmeübertragerbereiche
15, 16 und 17 aufweist. Jeder dieser Wärmeübertragerbereiche 15, 16 und 17 ist an
das Abgasfiltergehäuse 4 form- und Abmessungsangepasst. Hierbei sind die Wärmeübertragerbereiche
15 und 17 beispielsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch ausgestaltet,
während der Wärmeübertragerbereich 16 konisch ist.
[0045] Mithilfe der hier beschriebenen Abgasreinigungseinrichtung 1 ist ein äußerst effizientes
Temperieren des Abgasfilters 2 beziehungsweise des Abgasfilterkörpers 3 möglich. Insbesondere
wird die dabei mithilfe einer hier nicht dargestellten elektrischen Heizeinrichtung
dem Abgasfilterkörper 3 zugeführte Wärme nach dem Erreichen einer Betriebstemperatur
durch den Abgasfilterkörper 3 wenigstens einer anderen Einrichtung, insbesondere einer
anderen Fahrzeugeinrichtung zugeführt. Dabei wird der Abgasfilterkörper 3 weiterhin
mittels der Heizeinrichtung beheizt. Die andere Fahrzeugeinrichtung kann beispielsweise
das Antriebsaggregat, ein Fahrgastraum und/oder ein Energiespeicher beziehungsweise
ein Wärmespeicher sein.
1. Abgasreinigungseinrichtung (1) mit einem Abgasfilter (2), der einen in einem Abgasfiltergehäuse
(4) angeordneten, eine Vielzahl von Strömungskanälen ausbildenden Abgasfilterkörper
(3) aufweist, und einer elektrischen Heizeinrichtung zur Beheizung des Abgasfilterkörpers
(3) vor einem Betriebsbeginn eines abgaserzeugenden Antriebsaggregats und vor einer
Durchströmung des Abgasfilters (2) mit Abgas, wobei der Abgasfilterkörper (3) von
einer Gehäusewand (5) des Abgasfiltergehäuses (4) eingefasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Abgasfilterkörper (3) abgewandten Seite der Gehäusewand (5) ein Wärmeübertrager
(10) angeordnet ist, der über die Gehäusewand (5) mit dem Abgasfilterkörper (3) in
Wärmeübertragungsverbindung steht, sodass die zum Betreiben des Abgasfilterkörpers
(3) mittels der Heizeinrichtung verwendete Energie bei abgeschaltetem Antriebsaggregat
wenigstens einer anderen Einrichtung zuführbar ist.
2. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung bezüglich einer Längsmittelachse des Abgasfilterkörpers (3) gesehen
der Wärmeübertrager (10) mehrere jeweils an der Gehäusewand (5) anliegende Wärmeübertragerbereiche
(15,16,17) aufweist, die voneinander verschiedene Innenabmessungen aufweisen.
3. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Wärmeübertragerbereiche (15,16,17) eine zylindrische, insbesondere
kreiszylindrische, Innenumfangsfläche und/oder zumindest ein weiterer der Wärmeübertragerbereiche
(15,16,17) eine konische Innenumfangsfläche aufweist.
4. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasfiltergehäuse (4) und/oder der Wärmeübertrager (10) wenigstens bereichsweise
von einer, insbesondere wenigstens einerseits des Wärmeübertragers (10) oder beiderseits
des Wärmeübertragers (10) an der Gehäusewand (5) anliegenden, Wärmeisolierung (14)
umgriffen ist.
5. Antriebseinrichtung mit einem abgaserzeugenden Antriebsaggregat und einer Abgasreinigungseinrichtung
(1) zur Reinigung des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases, insbesondere einer
Abgasreinigungseinrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) über einen Abgasfilter (2), der einen in
einem Abgasfiltergehäuse (4) angeordneten, eine Vielzahl von Strömungskanälen ausbildenden
Abgasfilterkörper (3) aufweist, und über eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung
des Abgasfilterkörpers (3) vor einem Betriebsbeginn des Antriebsaggregats und vor
einer Durchströmung des Abgasfilters (2) mit Abgas verfügt, wobei der Abgasfilterkörper
(3) von einer Gehäusewand (5) des Abgasfiltergehäuses (4) eingefasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Abgasfilterkörper (3) abgewandten Seite der Gehäusewand (5) ein Wärmeübertrager
(10) angeordnet ist, der über die Gehäusewand (5) mit dem Abgasfilterkörper (3) in
Wärmeübertragungsverbindung steht, sodass die zum Betreiben des Abgasfilterkörpers
(3) mittels der Heizeinrichtung verwendete Energie bei abgeschaltetem Antriebsaggregat
wenigstens einer anderen Einrichtung zuführbar ist.
6. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Kühlkreislauf zur Temperierung des Antriebsaggregats, der strömungstechnisch
an den Wärmeübertrager (10) angeschlossen ist.
7. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf strömungstechnisch direkt oder über einen weiteren Wärmeübertrager
an einen Fahrgastraumheizkreislauf angeschlossen ist.
8. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, insbesondere einer Antriebseinrichtung
nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die ein abgaserzeugendes Antriebsaggregat
und eine Abgasreinigungseinrichtung (1) zur Reinigung des von dem Antriebsaggregat
erzeugten Abgases aufweist, wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) über einen Abgasfilter
(2), der einen in einem Abgasfiltergehäuse (4) angeordneten, eine Vielzahl von Strömungskanälen
ausbildenden Abgasfilterkörper (3) aufweist, und über eine elektrische Heizeinrichtung
zum Beheizen des Abgasfilterkörpers (3) vor einem Betriebsbeginn des Antriebsaggregats
und vor einer Durchströmung des Abgasfilters (2) mit Abgas verfügt, wobei der Abgasfilterkörper
(3) von einer Gehäusewand (5) des Abgasfiltergehäuses (4) eingefasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Abgasfilterkörper (3) abgewandten Seite der Gehäusewand (5) ein Wärmeübertrager
(10) angeordnet ist, der über die Gehäusewand (5) mit dem Abgasfilterkörper (3) in
Wärmeübertragungsverbindung steht, sodass die zum Betreiben des Abgasfilterkörpers
(3) mittels der Heizeinrichtung verwendete Energie bei abgeschaltetem Antriebsaggregat
wenigstens einer anderen Einrichtung zuführbar ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Betriebsart der Abgasfilterkörper (3) mittels der Heizeinrichtung
beheizt wird, wobei ein Kühlmittelstrom durch den Wärmeübertrager (10) unterbrochen
wird bis der Abgasfilterkörper (3) eine Solltemperatur erreicht hat und nach dem Erreichen
der Solltemperatur dem Abgasfilterkörper (3) mittels des Wärmeübertragers (10) Wärme
entnommen wird, die nachfolgend zum Temperieren der anderen Einrichtung, insbesondere
des Antriebsaggregats, eines Fahrgastraums und/oder eines Energiespeichers, verwendet
wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Betriebsart die Heizeinrichtung deaktiviert wird, wobei dem Abgasfilterkörper
(3) mittels des Wärmeübertragers (10) Wärme zum Temperieren der wenigstens einen Fahrzeugeinrichtung
entnommen wird.