DE19804460C2 - Abgasreinigungsanlage und Betriebsverfahren hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage mit einer Abgaskatalysatoreinheit, die einen beheizbaren Katalysa­ torkörper und einen Wärmeübertrager beinhaltet, in welchem eine zum Katalysatorkörper führende Abgaseintrittsleitung mit einer vom Katalysatorkörper abführenden Abgasaustrittsleitung in Wär­ mekontakt steht, sowie auf ein Verfahren zum Betrieb einer sol­ chen Abgasreinigungsanlage, speziell des Typs, bei der die Ab­ gaskatalysatoreinheit einen Vorkatalysator bildet, der steuerbar vom Abgasstrom stromaufwärts eines Hauptkatalysators während Warmlaufphasen durchströmt und ansonsten von diesem umgangen wird.

Abgaskatalysatoreinheiten mit einem beheizbaren Katalysatorkör­ per werden beispielsweise als Vorkatalysatoren in Abgasreini­ gungsanlagen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren eingesetzt. Der Vorkatalysator kann steuerbar vom Abgasstrom stromaufwärts eines Hauptkatalysators durchströmt oder von diesem umgangen werden. Dazu befindet er sich typischerweise in einer parallel zu einem zugehörigen Hauptabgasleitungsabschnitt liegenden Bypassleitung, und das Abgas kann wahlweise über den Hauptabgas­ leitungsabschnitt oder die Bypassleitung geführt werden, bevor sie den Hauptkatalysator erreicht. Speziell wird der Abgasstrom während Warmlaufphasen über den dann beheizten Vorkatalysator geleitet, bis der Hauptkatalysator eine ausreichende Betriebs­ temperatur erreicht hat, wonach der Vorkatalysator aus dem Ab­ gasströmungsweg herausgeschaltet wird. Eine Anordnung dieser Art ist in der Offenlegungsschrift EP 0 465 183 A1 offenbart.

In der Offenlegungsschrift DE 41 06 588 A1 ist eine Abgasreini­ gungsanlage der eingangs genannten Art offenbart, die bei Ver­ brennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Bei dieser Anlage bildet die Abgaskatalysatoreinheit beispielsweise einen Vorkatalysator mit der oben erwähnten Funktionalität, wo­ bei der Wärmeübertrager dazu dient, die vom Abgas im Katalysa­ torkörper aufgenommene Wärmeenergie wenigstens teilweise auf das zum Katalysatorkörper strömende Abgas zu übertragen und dadurch die Wärmeverluste gering zu halten. Der Wärmeübertrager besitzt ein eigenes Gehäuse, während der Katalysatorkörper in einem da­ von getrennten, weiteren Gehäuse untergebracht ist. Die Behei­ zung des Katalysatorkörpers erfolgt mittels einer elektrischen Heizeinrichtung, die in der Verbindungsleitung vom Wärmeübertra­ gergehäuse zum Katalysatorkörpergehäuse angeordnet ist, oder durch einen das Gehäuse des Katalysatorkörpers bildenden Latent­ wärmespeicher.

In der Offenlegungsschrift WO 94/17288 A1 ist ein tragbarer Oxi­ dationskatalysator beschrieben, der zum Abbau von Kohlenwasser­ stoffdämpfen zwecks Reinigung eines Luftstroms dient, insbeson­ dere von Dämpfen, die aus Erdbodenmaterial extrahiert wurden, das mit Kohlenwasserstoffen z. B. aufgrund eines Lecks in einem Speichertank kontaminiert wurde. Dieser tragbare Oxidationskata­ lysator beinhaltet einen beheizbaren Katalysatorkörper und einen diesen umgebenden, spiralförmigen Wärmeübertrager, die in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, wobei im Wärmeübertrager zwei spiralig mit Abstand ineinandergewickelte Platten derge­ stalt vorgesehen sind, daß eine spiralförmig von außen nach in­ nen geführte Abgaseintrittsleitung mit einer im Gegenstrom zwi­ schen den Eintrittsleitungswindungen spiralig radial nach außen geführten Austrittsleitung in Wärmekontakt steht.

In der Offenlegungsschrift EP 0 456 919 A2 ist eine Abgasreini­ gungsanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mit einem Hauptkatalysator und einem dazu seriell geschalteten, beheizbaren Vorkatalysator beschrieben. Das Starten des Fahr­ zeugs wird unterbunden, bis der Katalysator seine Einsatztempe­ ratur erreicht hat. Die Beheizung des Vorkatalysators kann von einer mit Türen, Sitzen oder einer Fernsteuerung verbundenen Lo­ gik vor Erzeugung eines Motorstartbefehls ausgelöst werden, um die Wartezeit bis zur Aktivierung des Motors zu minimieren.

Aus der Gebrauchsmusterschrift DE 92 02 965 U1 ist eine Vorrich­ tung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase eines Kraft­ fahrzeug-Verbrennungsmotors unter Einsatz eines beheizbaren Ka­ talysators bekannt, bei der die Heizung mit einer Steuervorrich­ tung ein- und ausgeschaltet wird, die zur Einschaltung äußere Schalter beinhaltet, die durch Öffnen der Fahrertür, durch eine Öffnungsbetätigung einer Türverriegelung, durch Belegen des Fah­ rersitzes oder durch Öffnen einer Garagentür selbsttätig oder von Hand betätigbar sind. Des weiteren ist der Steuervorrichtung ein Zeitglied zugeordnet, das mit Betätigung eines der äußeren Schalter eingeschaltet wird und auf eine vorbestimmte Abschalt­ zeit eingestellt ist, nach deren Ablauf die zuvor aktivierte Ka­ talysatorbeheizung von der Steuervorrichtung wieder abgeschaltet wird, wenn zwischenzeitlich kein Motorstart erfolgt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art, deren Abgaskatalysatoreinheit sich kompakt bauen und als Vorkatalysa­ tor verwenden läßt und die mit möglichst wenig Heizenergie aus­ kommt und eine relativ geringe Vorheizzeit besitzt, sowie eines dafür geeigneten Betriebsverfahrens zugrunde.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eines Betriebsverfahrens hierfür mit den Merkmalen des Anspruchs 5.

Bei der Abgasreinigungsanlage gemäß Anspruch 1 sind Katalysator­ körper und Wärmeübertrager in einem gemeinsamen Gehäuse angeord­ net, wodurch sich die gesamte Abgaskatalysatoreinheit relativ kompakt bauen läßt. Abgaseintrittsleitung und Abgasaustrittslei­ tung münden im Inneren des Gehäuses an beabstandeten Endberei­ chen des Katalysatorkörpers aus, was gewährleistet, daß das aus der Abgaseintrittsleitung ausmündende Abgas über den gesamten Katalysatorkörper strömt, bevor es über die Abgasaustrittslei­ tung wieder abgeführt wird. Dabei ist der Wärmeübertrager von einer Doppelrohrschneckenstruktur gebildet, die je eine Rohr­ schnecke für die Abgaseintrittsleitung einerseits und die Abgas­ austrittsleitung andererseits umfaßt, wobei die Windungen der beiden Rohrschnecken in Axialrichtung alternierend, das heißt im Gegenstrom, und mit Wärmekontakt zueinander angeordnet sind. Der beheizbare Katalysatorkörper befindet sich im Inneren der Dop­ pelrohrschneckenstruktur. Damit läßt sich eine kompakte Abgaska­ talysatoreinheit mit einer sehr effektiven Wärmeübertragerstruk­ tur und innenliegendem beheizbarem Katalysatorkörper realisieren.

In weiterer Ausgestaltung dieser Abgasreinigungsanlage sind ge­ mäß Anspruch 2 die aufeinanderfolgenden Rohrwindungen der Dop­ pelrohrschneckenstruktur dicht und festkörperwärmeleitend mit­ einander verbunden, z. B. mittels Dichtlöten, und die Mündungen von Abgaseintrittsleitung und Abgasaustrittsleitung befinden sich im Gehäuse an gegenüberliegenden axialen Endbereichen der Doppelrohrschneckenstruktur.

In noch weiterer Ausgestaltung dieser Abgasreinigungsanlage mit wärmeübertragender Doppelrohrschneckenstruktur mündet gemäß An­ spruch 3 entweder die Abgaseintrittsleitung oder die Abgasaus­ trittsleitung auf Höhe einer mündungsseitig anschließenden Rohr­ windung aus, während sich bei der anderen Leitung die Mündung einerseits und die mündungsseitig anschließende Rohrwindung an­ dererseits axial gegenüberliegen, wobei sich zwischen dieser Rohrwindung und der Mündung ein geradliniger, längs der Längs­ mittelachse der Doppelrohrschneckenstruktur verlaufender Rohrab­ schnitt erstreckt, der vom beheizbaren Katalysatorkörper umgeben ist. Dies realisiert einen Wärmeübertrager vom Gegenstromtyp, der zur Erzielung einer hohen Wärmeübertragungsleistung günstig ist.

Bei einer nach Anspruch 4 weitergebildeten Abgasreinigungsanlage fungiert die Abgaskatalysatoreinheit mit dem beheizbaren Kataly­ satorkörper und dem Wärmeübertrager als Vorkatalysator, über den das Abgas bei Bedarf vor Erreichen eines Hauptkatalysators ge­ leitet werden kann. Dazu liegt der Vorkatalysator in einer zu einem Hauptabgasleitungsabschnitt parallelen Bypassleitung, wo­ bei durch entsprechende Steuerungsmittel, wie z. B. ansteuerbare Klappen, das Abgas wahlweise über die Bypassleitung und damit den Vorkatalysator oder unter Umgehung desselben über den pa­ rallelen Hauptabgasleitungsbschnitt geführt werden kann. Dabei liegt der Vorkatalysator mit der Längsachse seiner Doppelrohr­ schneckenstruktur parallel zum benachbarten Hauptabgasleitungs­ abschnitt. Dies realisiert einen Vorkatalysator mit geringem Einbauplatzbedarf und effektiver Heizleistungsnutzung. Die Strö­ mungsquerschnitte zum und im Vorkatalysator können eng gewählt sein, um durch den erhöhten Abgasgegendruck eine höhere Abgas­ temperatur und eine bessere Verbrennung während der Warmlaufpha­ se zu erreichen. Zugleich verringert sich die Wärmeträgheit des Systems.

Mit dem Verfahren nach Anspruch 5 läßt sich eine Abgasreini­ gungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Verbren­ nungsmotor eines Kraftfahrzeuges betreiben, bei welcher die Ab­ gaskatalysatoreinheit mit dem beheizbaren Katalysatorkörper und dem Wärmeübertrager einen Vorkatalysator bildet, über den der Abgasstrom während Warmlaufphasen geleitet wird, bevor er einen Hauptkatalysator erreicht, während nach beendeter Warmlaufphase das Abgas am Vorkatalysator vorbei in den dann eine ausreichende Betriebstemperatur aufweisenden Hauptkatalysator geleitet wird. Verfahrensgemäß wird die Beheizung des Katalysatorkörpers akti­ viert, wenn auf eine Fahrzeugzutrittsinformation hin, z. B. eine Information, daß eine Türentriegelung des Fahrzeugs betätigt wurde, festgestellt wird, daß der Hauptkatalysator noch keine ausreichende Betriebstemperatur besitzt. Eine Startfreigabe für den Verbrennungsmotor des Fahrzeugs erfolgt dann erst, wenn der Vorkatalysator eine ausreichend erhöhte Temperatur erreicht hat. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Beheizung des Vorka­ talysators bei einem Fahrtantritt schon sehr frühzeitig ausge­ löst wird, und der Motor erst gestartet wird, wenn der Vorkata­ lysator betriebsbereit ist. Während der anfänglichen Warmlauf­ phase wird das Abgas über den beheizten Vorkatalysator geführt. Erst wenn der Hauptkatalysator durch die Abgaswärme seine not­ wendige Betriebstemperatur erreicht hat, ist die Warmlaufphase beendet, und das Abgas wird unter Umgehung des Vorkatalysators direkt zum Hauptkatalysator geleitet. Eine begonnene Beheizung des Katalysatorkörpers im Vorkatalysator wird abgebrochen, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer nach Aktivierung des Heiz­ vorgangs kein Motorstartbefehl gegeben wird, wobei in diesem Fall die Beheizung des Katalysatorkörpers erst dann wieder neu gestartet wird, wenn die Zündung des Kraftfahrzeug-Verbrennungs­ motors eingeschaltet wurde.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hier­ bei zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Bereichs einer Abgasrei­ nigungsanlage für einen Verbrennungsmotor eines Kraft­ fahrzeuges mit einer einen Vorkatalysator bildenden, kompakten Abgaskatalysatoreinheit und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht längs der Linie II-II von Fig. 1.

Die in den Figuren mit ihrem erfindungswesentlichen Bereich dar­ gestellte Abgasreinigungsanlage ist einem Verbrennungsmotor ei­ nes Kraftfahrzeuges zugeordnet und weist eine Hauptabgasleitung 1 auf, die vom Motor zu einem nicht gezeigten Hauptkatalysator führt. Die Hauptabgasleitung 1 weist einen Abschnitt 1a auf, dessen Durchtrittsquerschnitt mittels einer ansteuerbaren, dreh­ beweglichen Sperrklappe 2 absperrbar ist. Die Sperrklappe 2 ist über einen in Fig. 2 erkennbaren Betätigungshebel 4 betätigbar. Diesem Hauptabgasleitungsabschnitt 1a ist eine parallele Bypass­ leitung 3 zugeordnet, die mit ihrer Einlaßöffnung 3a stromauf­ wärts der Sperrklappe 2 und mit ihrer Auslaßöffnung 3b stromab­ wärts der Sperrklappe 2 in die Hauptabgasleitung 1 mündet.

In der Bypassleitung 3 liegt eine Abgaskatalysatoreinheit mit einem dosenförmigen, zylindrischen, geschlossenen Gehäuse 5, das vorzugsweise aus einem thermisch isolierenden Material besteht oder mit einer thermisch isolierenden Beschichtung versehen ist. Die Abgaskatalysatoreinheit beinhaltet einen beheizbaren Kataly­ satorkörper 6, wie er in Fig. 2 mit einer integrierten Heizwen­ del schematisch angedeutet ist, über die der Katalysatorkörper 6 elektrisch beheizt werden kann, sowie einen Wärmeübertrager in Form einer Doppelrohrschnecke 7. Die Doppelrohrschnecke 7 be­ steht aus zwei koaxialen und durchmessergleichen Rohrschnecken 7a, 7b, die ineinander verschachtelt sind, d. h. in axialer Rich­ tung wechseln sich die einzelnen Windungen der beiden Rohr­ schnecken 7a, 7b alternierend ab. Die eine Rohrschnecke 7a stellt dabei den eintrittsseitigen Teil der Bypassleitung 3, d. h. eine Abgaseintrittsleitung dar, wobei deren einzelne Win­ dungen in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen E markiert sind. Die an­ dere Rohrschnecke 7b bildet den austrittsseitigen Teil der Bypassleitung 3, d. h. eine Abgasaustrittsleitung, wobei deren Windungen in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen A markiert sind. Die ge­ meinsame Längsachse 5a von Gehäuse 5 und Doppelrohrschnecke 7 liegt parallel zur Längsachse 1b des benachbarten Hauptabgaslei­ tungsabschnitts 1a.

Abgaseintrittsleitung 7a und Abgasaustrittsleitung 7b sind mit ih­ ren Windungen E, A abstandsfrei gewickelt und dichtgelötet, d. h. zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Windungen E bzw. A der einen Rohrschnecke 7a bzw. 7b befindet sich eine Windung A bzw. E der an­ deren Rohrschnecke 7b bzw. 7a, die mit den beiden angrenzenden Win­ dungen E bzw. A über eine dichte Lötverbindung 8, alternativ eine andere wärmeleitende Festkörperverbindung, gasdicht verbunden ist. Die Doppelrohrschnecke 7 bildet auf diese Weise ein zylindrisches Hohlvolumen 9, in welchem sich der beheizbare Katalysatorkörper 6 befindet, der in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist. Bei Bedarf kann somit die Doppelrohrschnecke 7 selbst, ergänzt durch einen Boden und einen Deckel, das geschlossene Gehäuse der als Vorkatalysator fungierenden Abgaskatalysatoreinheit bilden, op­ tional umgeben von einem thermisch isolierenden Material.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, windet sich die Abgaseintrittsleitung 7a im Anschluß an die Bypasseinlaßöffnung 3a vom in Fig. 1 oberen axialen Endbereich des Gehäuses 5 und damit auch des darin befind­ lichen Katalysatorkörpers 6 bis zum entgegengesetzten, in Fig. 1 unteren axialen Endbereich desselben, wo sie mit einer Ausmündung 10 in den katalysatorbelegten Hohlraum 9 mündet. Das bei geschlos­ sener Sperrklappe 2 von der Hauptabgasleitung 1 in die Bypasslei­ tung 3 einströmende Abgas 11 gelangt daher durch die Abgasein­ trittsleitung 7a hindurch zum axial unteren Bereich des Katalysa­ torkörpers 6. Andererseits liegt die Einmündung 12 der aus dem katalysatorbelegten Hohlraum 9 abführenden Abgasaustrittsleitung 7b im in Fig. 1 oberen axialen Endbereich des Hohlraums 9 bzw. des darin befindlichen Katalysatorkörpers 6, so daß das aus der Mündung 10 der Abgaseintrittsleitung 7a austretende Abgas 11 vor Verlassen der Abgaskatalysatoreinheit den Katalysatorkörper effektiv auf sei­ ner gesamten Länge durchströmt. Die Abgasaustrittsleitung 7b er­ streckt sich im Anschluß an ihre Einmündung 12 zunächst mit einem geradlinigen Rohrabschnitt 13, der entlang der Gehäuselängsachse 5a verläuft, in den in Fig. 1 unteren axialen Endbereich des Gehäuses 5, um erst dort in den schneckenförmig gewundenen Bereich überzuge­ hen. Der beheizbare Katalysatorkörper 6 füllt dabei den Ringraum 9 zwischen dem innenliegenden, geradlinigen Rohrabschnitt 13 der Ab­ gasaustrittsleitung 7b und der außenliegenden Doppelrohrschnecke 7 aus. Auf diese Weise verläuft die Abgasaustrittsleitung 7b mit ih­ ren Windungen A in Abgasströmungsrichtung gesehen in Fig. 1 von un­ ten nach oben, wo sie mit einem entsprechenden Auslaßabschnitt aus dem Gehäuse 5 der Abgaskatalysatoreinheit herausgeführt ist und in die Bypassauslaßöffnung 3b übergeht, während die Abgaseintrittslei­ tung 7a gegensinnig in Abgasströmungsrichtung in Fig. 1 von oben nach unten gewunden verläuft. Dies realisiert einen Wärmeübertrager vom Gegenstromtyp, der eine sehr effektive Wärmeübertragung be­ wirkt.

Die gezeigte Abgasreinigungsanlage läßt sich wie folgt betreiben. Sobald für das Fahrzeug eine Zutrittsinformation vorliegt, z. B. ei­ ne Information darüber, daß eine für das Fahrzeug vorgesehene Tür­ entriegelungseinrichtung betätigt wurde, prüft ein entsprechendes Steuergerät über eine zugehörige Temperatursensorik, ob der Haupt­ katalysator von einer vorhergehenden Betriebsphase her noch eine für seine Schadstoffkonvertierungsfunktion ausreichende Betriebs­ temperatur besitzt. Wenn ja, wird die Sperrklappe 2 in ihrer Offen­ stellung gehalten, so daß das vom Motor emittierte Abgas ohne Umweg über den Vorkatalysator direkt zum Hauptkatalysator geleitet wird. Das Durchströmen des Vorkatalysators wird hierbei wegen dessen ge­ genüber dem parallelen Hauptabgasleitungsabschnitt höheren Strö­ mungswiderstands schon ohne eine entsprechende Sperrklappe in der Bypassleitung 3 vermieden.

Hat der Hauptkatalysator hingegen noch nicht seine Betriebstempera­ tur erreicht, wird die elektrische Beheizung des Vorkatalysators, d. h. des Katalysatorkörpers 6, ausgelöst. Dies erfolgt in Form ei­ ner Einmalfunktion derart, daß die Beheizung des Katalysatorkörpers 6 abgebrochen wird, wenn nicht innerhalb einer vorgebbaren kurzen Zeitspanne seit Auslösen des Heizvorgangs ein Motorstartbefehl er­ folgt. Nach einem derartigen Abbrechen des Heizvorgangs für den Vorkatalysator wird diese Vorkatalysatorbeheizung erst dann wieder neu gestartet, wenn beim nächsten Mal der Zündschlüssel des Fahr­ zeugs auf die Stellung "Zündung ein" gebracht wurde. Nach Aktivie­ rung der Vorkatalysatorbeheizung erfolgt dann die Starterfreigabe für den Motor, sobald der Vorkatalysator eine vorgebbare Temperatur erreicht hat, die zur Schadstoffkonversion in dieser Warmlaufphase des Motors ausreicht. Zur Bestimmung der Vorkatalysatortemperatur kann eine herkömmliche, nicht gezeigte Temperatursensorik verwendet werden. Alternativ kann der Heizstrom und die Heizdauer erfaßt und daraus die Vorkatalysatortemperatur abgeleitet werden.

Während der Warmlaufphase wird die Sperrklappe 2 in ihrer Schließ­ stellung gehalten, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Abgas 11 strömt dann, wie gesagt, im Vorkatalysator über die Abgaseintrittsleitung 7a in Windungen in Fig. 1 nach unten, dann über den Katalysatorkörper 6 hinweg nach oben, dann mittig und geradlinig über den entsprechen­ den Rohrabschnitt 13 der Abgasaustrittsleitung 7b wieder nach unten und anschließend durch die Windungen A der Abgasaustrittsleitung 7b wieder nach oben, um danach aus dem Vorkatalysator auszutreten und über die Bypassauslaßöffnung 3b stromabwärts der Sperrklappe 2 wie­ der in die Hauptabgasleitung 1 in Richtung Hauptkatalysator zu strömen. Das in Windungen durch die Abgasaustrittsleitung 7b strö­ mende Abgas, das zuvor Wärme vom beheizten Katalysatorkörper 6 auf­ genommen hat, gibt einen Großteil dieser Wärme durch die effektiv wärmeübertragende Doppelschneckenstruktur 7 an das im Gegenstrom durch die Abgaseintrittsleitung 7a in Windungen zugeführte, noch kalte Abgas ab, so daß dieses bereits etwas vorgewärmt den Kataly­ satorkörper 6 erreicht. Ersichtlich wird somit eine kompakte und folglich relativ wenig Heizenergie und eine geringe Vorheizzeit be­ nötigende Bauform für einen Vorkatalysator realisiert, bei dem zu­ sätzlich ein Großteil der Heizwärme aus dem austretenden Abgas mit­ tels der Wärmeübertragerstruktur rückgewonnen wird.

Aufgrund seiner gegenüber der Hauptabgasleitung 1 engen Leitungs­ querschnitte stellt der Vorkatalysator eine starke Drosselung für den Verbrennungsmotor dar, so daß dieser und seine Abgase schneller als ohne derartige Abgasdrosselung warm werden. Solange die Sperr­ klappe 2 geschlossen ist, bleibt die Leistung des Verbrennungsmo­ tors stark reduziert. Das Drehmoment im unteren Drehzahlbereich wird davon jedoch nur wenig beeinflußt, so daß grundsätzlich wie üblich ein sofortiges Losfahren des Fahrzeugs möglich ist. Beson­ ders geeignet ist die Anlage im Zusammenwirken mit einem Hybridan­ trieb, da in diesem Fall die in der Warmlaufphase fehlende Verbren­ nungsmotorleistung durch die elektrischen Antriebskomponenten aus­ geglichen werden kann. Denn in der Warmlaufphase unterstützt der Elektromotor den Antrieb und damit die Beschleunigung des Fahr­ zeugs, wenn die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors aufgrund der Vorkatalysatordrosselverluste noch eingeschränkt ist.

Die Erwärmung des Hauptkatalysators erfolgt bei der vorliegenden Anlage im wesentlichen durch die Abgaswärme des Verbrennungsmotors und nicht durch die elektrische Heizwärme des Vorkatalysators.

Letztere würde hierfür nicht ausreichen, da sie so gewählt ist, daß sie gerade zur Erstbeheizung der Vorkatalysatorheizwendeln und zur Kompensation der Leckwärmeverluste des Gegenstrom-Wärmeübertragers in Form der Doppelrohrschnecke 7 ausreicht, so daß durch die Behei­ zung des Vorkatalysators gerade dessen Konvertierungstemperatur aufrechterhalten werden kann. Bevorzugt ist eine Regelbarkeit der Vorkatalysator-Heizleistung dergestalt vorgesehen, daß die Heizlei­ stung mit steigender Abgastemperatur rasch reduziert wird, so daß die Belastung des elektrischen Fahrzeugbordnetzes gering bleibt. Die Notwendigkeit eines Notstarts ohne elektrische Vorheizung des Vorkatalysators wegen fast leerer Bordbatterie wird daher vorlie­ gend weitestgehend vermieden.

Es versteht sich, daß neben dem oben beschriebenen Beispiel weitere Realisierungen der Erfindung möglich sind, wobei jeweils charakte­ ristisch ist, daß der beheizbare Katalysatorkörper und der Wärme­ übertrager in einem Gehäuse integriert sind. So kann statt der ge­ zeigten Gegenstrom-Doppelrohrschnecke auch eine andere Bauform für den Wärmeübertrager innerhalb der Abgaskatalysatoreinheit gewählt sein. Außerdem versteht sich, daß die den beheizbaren Katalysator­ körper und den Wärmeübertrager integriert in einem Gehäuse enthal­ tende Abgaskatalysatoreinheit nicht nur als Vorkatalysator, sondern bei Bedarf auch für eine Katalysatoreinheit verwendet werden kann, die auch nach Erreichen des warmgelaufenen Betriebszustands vom zu reinigenden Abgas durchströmt wird. Die erfindungsgemäße Abgasrei­ nigungsanlage eignet sich zudem nicht nur, wie beschrieben, für Kraftfahrzeuge, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo Ab­ gase mittels einer Katalysatoreinheit gereinigt werden sollen und Bedarf an einem schnellen Erreichen der Konvertierungstemperatur durch die Katalysatoreinheit bei einem Anlagenkaltstart besteht.

Claims (5)

1. Abgasreinigungsanlage, insbesondere für einen Verbrennungsmo­ tor, mit

• 1. einer Abgaskatalysatoreinheit mit einem beheizbaren Katalysa­ torkörper (6) und einem Wärmeübertrager (7), in welchem eine zum Katalysatorkörper führende Abgaseintrittsleitung (7a) mit einer vom Katalysatorkörper abführenden Abgasaustrittsleitung (7b) in Wärmekontakt steht,

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. der beheizbare Katalysatorkörper (6) mit dem Wärmeübertrager (7) in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnet ist, wobei die Abgaseintrittsleitung (7a) und die Abgasaustrittsleitung (7b) an beabstandeten Endbereichen des Katalysatorkörpers (6) münden, und
• 2. Abgaseintrittsleitung (7a) und Abgasaustrittsleitung (7b) eine Doppelrohrschneckenstruktur (7) bilden, bei der sich axial zwi­ schen je zwei Windungen der einen Rohrschnecke eine Windung der anderen Rohrschnecke mit Wärmekontakt zu den beiden angrenzenden Windungen befindet und in deren Innerem der beheizbare Katalysa­ torkörper (6) angeordnet ist.

2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Rohrwindungen der Doppelrohrschnecken­ struktur (7) durch eine wärmeleitende Festkörperverbindung (8) abdichtend miteinander verbunden sind und sich die Mündungen (10, 12) von Abgaseintrittsleitung (7a) und Abgasaustrittslei­ tung (7b) an gegenüberliegenden axialen Endbereichen der Doppel­ rohrschneckenstruktur befinden.

3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß von der Abgaseintrittsleitung (7a) und der Abgasaustrittsleitung (7b) die Mündung (10) der einen Leitung (7a) auf Höhe einer mün­ dungsseitig anschließenden Rohrwindung liegt, während Mündung (12) und mündungsseitig anschließende Rohrwindung bei der ande­ ren Leitung (7b) in entgegengesetzten axialen Endbereichen lie­ gen, wobei sich die andere Leitung (7b) zwischen ihrer Mündung und ihrer mündungsseitig anschließenden Rohrwindung mit einem geradlinigen, längs der Längsmittelachse (5a) der Doppelrohr­ schneckenstruktur (7) verlaufenden Rohrabschnitt (13) erstreckt und sich der beheizbare Katalysatorkörper (6) im Ringraum zwi­ schen dem geradlinigen Rohrabschnitt (13) einerseits und den Rohrwindungen der Doppelrohrschneckenstruktur (7) andererseits befindet.

4. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wei­ ter dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskatalysatoreinheit einen Vorkatalysator bildet, der sich in einer parallel zu einem zugehörigen Hauptabgasleitungs­ abschnitt (1a) liegenden Bypassleitung (3) befindet, wobei die Längsmittelachse (5a) der Doppelrohrschneckenstruktur (7) paral­ lel zur Längsachse (1b) des zugehörigen Hauptabgasleitungsab­ schnitts (1a) liegt.

5. Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 für einen Verbrennungsmotor eines Kraft­ fahrzeuges, bei der die Abgaskatalysatoreinheit einen in einer Bypassleitung (3) liegenden, einem Hauptkatalysator vorgeschal­ teten Vorkatalysator bildet, der während Warmlaufphasen vom Ab­ gasstrom durchströmt und ansonsten von diesem umgangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. auf das Vorliegen einer Fahrzeugzutrittsinformation hin die Beheizung des Vorkatalysators aktiviert wird, wenn die Tempera­ tur des Hauptkatalysators unter einem vorgebbaren Mindesttempera­ turwert liegt, und die Motorstartfreigabe erfolgt, sobald der Vorkatalysator durch die Beheizung einen vorgebbaren Mindesttem­ peraturwert erreicht hat, und
• 2. der Heizvorgang für den Vorkatalysator abgebrochen wird, wenn innerhalb einer vorgebbaren Zeitspanne nach dessen Aktivierung keine Motorstartanforderung vorliegt, und erst wieder neu akti­ viert wird, wenn eine Zündungseinschaltinformation vorliegt.