CN113002457A - 用于运行排气装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行车辆的排气装置(4)的方法，该车辆具有内燃机(2)和电网(8)，在该内燃机下游连接有排气装置(4)，其中，电网(8)在相应的运行情况下以处于初始电位上的电压运行，其中，该排气装置(4)配设有加热元件(6)，其中，加热元件(6)通过开关元件(16)连接在电网(8)上，其中，在开关元件(16)的第一开关状态中、当开关元件(16)被接通时加热元件(6)与电网(8)导电连接，并且在开关元件(16)的第二开关状态中、当开关元件(16)被切断时加热元件与电网(8)电分离，其中，在开关元件(16)在两个开关状态之间切换时，将电网(8)的电压从初始电位出发调节到切换电位。

Description

用于运行排气装置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆的排气装置的方法和一种用于运行排气装置的系统。
背景技术
为了运行车辆的排气装置，需要将该排气装置升温到合适的运行温度。
文献DE 100 42 524 A1描述了一种用于机动车的电源装置。
由文献DE 198 46 319 C1已知了一种用于具有两个电源支路的机动车车载电网的电源电路。
在文献EP 2 546 487 A1中描述了一种车辆和一种用于使催化器装置电气化的方法。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是简单地驱控用于车辆的排气装置的加热元件。
所述目的通过具有独立权利要求的特征的方法和系统来实现。该方法和系统的实施方式由从属权利要求和说明书得出。
根据本发明的方法被设计为用于运行车辆的排气装置，该车辆具有内燃机或者说内燃发动机和电网，在该内燃机或者说内燃发动机下游连接有排气装置。电网在例如当前的、最初的和/或相应的运行情况下首先以处于初始电位上的电压运行。该排气装置配设有加热元件，该加热元件通过开关元件连接在电网上。当开关元件被接通或者说接入、例如闭合时，加热元件在开关元件的第一开关状态中与电网导电连接。此外，当开关元件被切断或者说断开时，加热元件在开关元件的第二开关状态中例如被断开并且与电网电分离。在开关元件在两个开关状态之间切换时，将电网的电压从初始电位出发调节到作为电位的切换电位或者说调节到切换水平。
该方法可以针对车辆来执行，该车辆可以被设计为或称为机动车或汽车。在此，还可以根据需要通过作为动力设备的内燃机和/或通过作为动力设备的至少一个电机来驱动车辆，其中，具有多个动力设备的车辆可以被设计为或称为混合动力车辆。如果至少一个电机特别是在切换时作为马达运行，则该至少一个电机将来自车辆的至少一个电蓄能器、例如电池的电能转换为用于驱动车辆的机械能，至少一个电蓄能器同样被集成在电网中。如果至少一个电机作为发电机运行，则该至少一个电机将车辆的机械能转换为电能，该电能被储存在至少一个电蓄能器中。
在设计方案中，在运行情况下使电网的电压从初始电位出发降低或者说减小到切换电位，其中可能的是，集成到电网中的至少一个电机在切换时——在此在所述电压从例如约43V的初始电位降低到例如最大约40V的切换电位时——作为马达运行。
在替代的设计方案中，在运行情况下使电网的电压从初始电位出发升高或者说提高到切换电位，其中可能的是，集成到电网中的至少一个电机在切换时——在此在电压被提高时——作为发电机运行。
在该方法中，在至少一个电机的相应的运行情况下将电压从分别设定的和/或存在的初始电位出发调节到分别设置的切换电位并且由此调节到用于切换的最佳电位。此外，将至少一个电机的电压从切换电位出发调节到分别被设置为用于使车辆和/或电网继续运行的最佳的电位，例如调节到分别规定的标准电位。
通常，电网在标准运行作为当前的运行情况中以处在作为初始电位的标准电位上的电压运行，或者说以在例如约43V的电压的标准水平上运行。在开关元件在两个开关状态之间切换时，电网的电压从作为初始电位的标准电位出发降低并且进而调节到作为电位的切换电位，或者例如最大约40V的切换水平。由此可以避免电网的电压初始由于作为切换脉冲的接通脉冲而提高到过高的值。
在所述方法的另一个设计方案中，电网在车辆启动运行作为当前的运行情况中，例如在冷的蓄能器中或者说在冷的电池中以在作为初始电位的启动电位上的电压运行，其中，在开关元件在两个开关状态之间切换时，将电网的电压从作为初始电位的启动电位出发调节、在此升高或者说提高到切换电位。由此可以避免电网的电压由于作为切换脉冲的接通脉冲而降低到过低的值。
通常，如果开关元件在切换、例如接通时被接通和/或如果开关元件在切换、例如切断时被切断，则使电压分别降低到例如最大约40V的切换电位。因此，在设计方案中，电压或电位仅在切换时才从标准电位降低到切换电位。因此，在切换之后使电位从切换电位又提高或者说升高到标准电位。因此，在开关元件处于第一开关状态中并且被接通或闭合时，用于排气装置的加热元件由电网供给在例如约43V的标准电位上的电压。
在另一个设计方案中，在开关元件在两个开关状态之间切换时，使电压降低到下降的切换电位或者降低到例如最大约36V的下降的切换水平，该切换水平还低于前面所述的例如约40V的较高的切换水平。
可能的是，电压的初始电位、例如标准电位具有约43V、约48V或约52V的值，并且电压的切换电位具有约50V、约40V或约36V的值。
针对标准电位的可能的值——该标准电位作为电压的可能的初始电位——和对此下降的切换电位的可能的值通常与相应运行情况和车辆的电网或车载电网的相应设计方案有关。
在此，通常定义或确定标准电位的值，其中，以这种方式针对标准电位规定的值也可以在常见的公差范围内随着运行波动几个百分点的公差值、例如1％至2％。在此要考虑，切换电位的值独立于其相对于标准电位的值的规定比例、随着运行同样可以以几个百分点的公差值、例如1％至2％的公差值波动。
对于作为初始电位的标准电位的值相对于切换电位的值的比例可以适用以下关系：
((标准电位的电压值减去切换电位的电压值))除以(标准电位的电压值)。
如果标准电位例如为43V，则根据实施方式，切换电位可以为40V或36V。
因此，电压的切换电位的值至少比电压的标准电位的值小5％至10％、例如(43V-40V)/43V～7％，或者小10％至15％或者20％、例如(43V-36V)/43V～16％。
相反，如果使电压从作为初始电位的启动电位升高到切换电位，则作为初始电位的启动电位相对于切换电位的比例可以取决于，需要哪个切换电压用于切换，以及哪个启动电位原本具有电压，其中，启动电位低于标准电位和切换电位。
一旦加热元件通过接通的开关元件与电网连接，该加热元件就由电网供给电能并且根据规定被升温或加热，其中，排气装置由加热元件根据规定来升温或加热。当相应当前的或当前测量的或当前确定的温度低于排气装置为净化内燃机的排气所必须具有的运行温度时，则接通切换元件。为了用加热元件对排气装置进行升温或者说加热，将加热元件通过开关元件在一时间段期间与电网连接，其中，电压在此期间处于初始电位、例如标准电位上，其中，在此期间由为电网加热元件提供电压。仅为了切换、也就是说为了使排气装置的加热开始和终止，使电压从标准电位降低到切换电位。
根据本发明的系统被设计为用于运行车辆的排气装置，该车辆具有内燃机和电网，在该内燃机下游连接有排气装置。电网在相应的运行情况下首先包括具有初始电位的电压，该初始电位例如是在持续运行作为车辆的运行情况时的标准电位，或在启动时的启动电位作为车辆的运行情况时的电压。该系统具有加热元件和开关元件，其中，该加热元件配属于排气装置，例如布置在排气装置中，其中，该加热元件通过开关元件连接在电网上。当开关元件被接通或将被接通时，加热元件在或将在开关元件的第一开关状态中与电网导电连接。当开关元件被断开或将被断开时，加热元件在或将在开关元件的第二开关状态中与电网电分离。系统在开关元件在这两个开关状态之间切换时被设计为用于，将电网的电压从初始电位出发调节到切换电位。
电网在标准运行作为运行情况时具有处于特定的、为此设置的标准电位上的电压，或者说具有处于作为初始电位的标准水平上的例如约43V的电压。在开关元件在这两个开关状态之间切换时，也就是说在从第一开关状态切换到第二开关状态时、但是也在从第二开关状态切换到第一开关状态时，使电网的电压降低到特定的、为此设置的切换电位，或者降低到例如最大约40V的切换水平。
在此，系统通常被设计为用于，将电压从初始电位出发调节到相应设置的电位，也就是说，调节到在电网的持续运行时的标准电位，或者调节到用于切换开关元件的切换电位上。为此，该系统在设计方案中可以具有控制器和至少一个电机，该控制器和至少一个电机被设计为用于，确定分别设置的切换电位，并且将电压从初始电位调节到切换电位，以及也从切换电位调节到初始电位。因此，由控制器和/或至少一个电机使电网中的电位或者说电网的电位从作为初始电位的标准电位出发降低到切换电位，以及从切换电位升高到作为初始电位的标准电位。替代地，由控制器和/或至少一个电机使电网中的电位或者说电网的电位从作为初始电位的启动电位出发提高到切换电位，以及从切换电位降低到作为初始电位的启动电位。然而可以考虑，首先由控制器和/或至少一个电机将电位从启动电位提高到切换电位之后，由控制器和/或至少一个电机将该电位调节到用于相应的运行情况的标准电位，其中，可能的是，如果标准电位在运行情况下高于切换电位，则使电位从切换电位提高到标准电位，或者如果标准电位在运行情况下低于或者说小于切换电位，则使电位从切换电位降低到标准电位。
加热元件被设计为欧姆电阻和/或负载，其对于开关元件被接通的情况而言由电网或车载电网直接供给电能并且还被升温或加热。此外利用加热元件被升温或加热的排气装置可以具有催化器和/或可以被设计为催化器。
利用该方法，加热元件可以作为用于排气装置的热源通过开关元件操控、激活和/或运行。
利用所述方法和系统提供了一种用于简化对作为设计为混合动力车辆的车辆(mHEV+48V eKat)、例如轻度混合动力车辆的排气装置的电催化器(eKat)的驱控方案。在此，在车辆的电网和/或车载电网中的电压的标准电位、也就是说运行电压在标准运行中可以是约48V。在这种情况下，电压的切换电位可以是约40V或约36V。因此，标准电位的值相对于切换电位的值的比例可以根据(标准电位值-切换电位值)/(标准电位值)＝至少15％、例如16.67％至最大25％。
在此，提供了用于切换电催化器、也就是说用于接通电催化器、用于运行电催化器和用于切断电催化器的简单的开关方案。
在此，作为电催化器的加热元件的电阻在优选的电压上或者以优选的电压在例如43V的标准电位上运行，该优选的电压即运行电压。在车辆的牵引运行中通常不低于该例如43V的电压，并且所述电压可以通过至少一个作为发电机运行的电机保持恒定。在再生期间，电网中的电压升高到52V，由此由加热元件产生的功率在作为排气装置的电催化器上升高，但这不是有问题的，这是因为在此不会产生损坏，因为内燃机或者说内燃发动机(VKM)的排气的质量流始终是足够的，因此电阻的较高的加热功率起到积极作用。因此，电网中的电压可以与运行相关地暂时高于或大于所规定的标准电位。在这种情况下，在加热元件通过接通的开关元件与电网连接时，所述加热元件也可以暂时以在标准电位以上的提高的电压被供给电能。如果电压的初始电位——根据定义为标准电位或启动电位——在再生时处于约52V，则可能的是，使电压下降到例如作为切换电位的50V，以便避免过电压。
在电压方面，可以从例如43V的标准电位出发在小于约40V、即例如约36V的切换电位的范围内实施切换、也就是接通和切断，以便将负载峰值保持得尽可能小。当至少一个电机或者说电动机、例如多个电机短时间地提供高的电机功率时，可以实现电压降低。这导致在例如设计为电池的电蓄能器上的高的放电电流，因此在配属于具有催化器的排气装置的电加热元件上的电压明显降低，其中，能在没有大的电压峰值和电流峰值的情况下实现对于电网的切换、也就是说接通或切断。
该方法可以在车辆的不同运行情况下实现，其中，在相应的运行情况下执行确定的功能。当车辆以电动方式、特别是以纯电动方式行驶或被驱动时，当执行增压功能或助力时，其中用于驱动车辆或使车辆前进的机械能由在这种情况下作为电动机运行的电机和内燃机共同产生，或者当产生反作用于制动器的力矩时，可以执行所述方法。
在该方法中，将至少一个欧姆负载和/或电阻用作排气装置的加热元件。接通和切断通过简单的开关元件或者利用简单的开关元件来执行，其中，可以取消直流电转换器(DCDC)或者脉宽调制(PWM)。在所述方法中，在接通和切断加热元件时通过至少一个电机使电压降低或提高到例如约36V到40V，其中，使取决于电压的接通功率和切断功率达到对于电网来说兼容的水平。
所使用的开关元件或者开关方案是非常简单的、非常紧凑的、便宜的并且不需要冷却需求。利用该方法，作为排气装置的电催化器通过加热元件充分地升温或加热并且因此可以产生足够的热功率以用于可靠排放排气，该加热元件由电网供给电能或电压。
电网的电压在接通和切断时短时间地、也就是说至少在相应切换期间被调节、也就是说被降低或提高。
在增压运行或助力运行作为运行时，当车辆由内燃发动机和至少一个电机以例如约20kW的功率来驱动时，该电压可以被降低至约40V至36V。加热元件例如可以具有2.1欧姆的电阻R。在这种情况下，对于加热元件的功率、例如额定功率P＝U2*R取决于相应的电压U：P(43V)～4kW、P(52V)～5.7kW和P(36V)～2.7kW。
通过在执行混合动力功能时降低电压，可以使在切换时的切换功率——即在接通时的接通功率和/或在切断时的切断功率——达到对于电网无害的水平。通过在切换时降低电压，可以补偿和/或考虑作为欧姆加热负载的加热元件的高的电压依赖性。因此，在执行混合动力功能时降低电压能够使用一种开关方案，在该开关方案中例如DCDC转换器不是强制必需的。在所述方法或者系统的范围内所使用的加热元件相比于常见的加热装置来说更有利或者更便宜，并且仅具有较小的结构空间需求。此外，可以取消在其它情况下任然需要的主动部件、例如冷却装置。
显而易见的是，在不离开本发明的范围的情况下，前述的和后面还要说明的特征不仅可以以分别说明的组合、而且也可以以其它组合或者单独地使用。
附图说明
根据附图中的实施方式示意性地示出并且参考附图示意性且详细地描述本发明。
图1以示意图示出在执行根据本发明的用于运行车辆的排气装置的方法的一个实施方式时根据本发明的系统的一个实施方式。
具体实施方式
图1以示意图示出车辆——在此是机动车或汽车——的内燃机2，在该内燃机下游连接有用于净化内燃机2排气的排气装置4。在此，排气装置4具有加热元件6。作为车辆的其它部件，在图1中示意性地示出作为车辆的车载电网的电网8，其中，车辆的至少一个电负载10和作为电源的至少一个电蓄能器12、例如电池连入或者说集成到该电网8中。此外，在该电网8中也集成有电机14，如果该电机作为马达来运行并且将电能转换为机械能，那么该电机可以作为内燃机2的替代方案或者补充方案来驱动设计为混合动力车辆的车辆。此外，如果电机14作为发电机并且因此也作为电源运行，则该车辆可以通过电机14在将动能转换为机械能的情况下被制动，其中，也可以实施再生。
图1也示出开关元件16和控制器18，通过该开关元件将加热元件6连接到电网8上。控制器18在这里配属于电网8并且与该电网连接，但也与开关元件16和排气装置4连接。控制器18被设计为用于，根据需要来调节电网8中的电位并且由此调节电压的值。
加热元件6、开关元件16和电网8、至少布置在电网中的电机14和控制器18在此被设计为根据本发明的系统20的实施方式的部件。
开关元件16在第一开关状态中被接通或者说接入并且将加热元件6与电网8电连接。在第二开关状态中，开关元件16被切断或者说断开并且使加热元件6与电网8分离。
在标准运行中，电网8包括具有作为电位的标准电位的、约43V的电压，或者说电网以43V的电压来运行。
在用于运行排气装置4的方法的实施方式中，首先规定，开关元件16被切断，在此使加热元件6与电网8分离。由控制器18检测排气装置的相应温度。
因为用于净化来自内燃机2的排气的排气装置4具有为此规定的最低运行温度，所以规定，如果由控制器18确定排气装置4的温度低于为此规定的排气装置的运行温度，则通过加热元件6使该排气装置升温。
为此规定，在标准运行作为运行情况时，由控制器18控制地将作为电网8的原本43V的电压的初始电位的标准电位调节到、在此降低到最大40V的切换电位，开关元件16由控制器18通过接通来切换，其中，从电网8中通过现在闭合的开关元件16向加热元件6提供电能，其中，加热元件6被升温和/或加热，并且此外排气装置4也根据规定被升温和/或加热。在此，电机14为降低电压而作为马达运行。
在切换之后、在此在接通之后，在所述方法的实施方式中规定，通过控制器18将电网8中的电位从切换电位出发提高到43V的标准电位。一旦排气装置4达到其运行温度，则规定，通过由控制器18实施切断来切换开关元件16。在这种情况下，也使电网8中的电压为了切换、在这里为了切断所述开关元件16而又降低到最大40V的较低的切换电位，并且使加热元件6与电网8分离。在切断之后，由控制器18将电压再次提高到约43V的标准电位。
在所述方法的一个替代的设计方案中可能的是，启动车辆和/或电网8，其中，电网8在启动作为运行情况时——即当蓄能器12还是冷的——包括具有启动电位的电压，该启动电位作为初始电位，其中启动电位低于标准电位并且低于切换电位。在这种情况下，电网8中的电压从启动电位被提高到切换电位，其中，电机14可以作为发电机运行。在此之后，电压可以根据切换电位是高于还是低于标准电位而被升高或降低到标准电位，其中，电机14作为发电机运行以升高电压，而作为马达运行以降低电压。
附图标记列表：
2 内燃机
4 排气装置
6 加热元件
8 电网
10 负载
12 蓄能器
14 电机
16 开关元件
18 控制器
20 系统

Claims (8)

1.一种用于运行车辆的排气装置(4)的方法，该车辆具有内燃机(2)和电网(8)，在该内燃机下游连接有排气装置(4)，其中，电网(8)在相应的运行情况下以处于初始电位的电压运行，其中，该排气装置(4)配设有加热元件(6)，其中，加热元件(6)通过开关元件(16)连接在电网(8)上，其中，在开关元件(16)的第一开关状态中、当开关元件(16)被接通时加热元件(6)与电网(8)导电连接，在开关元件(16)的第二开关状态中、当开关元件(16)被切断时加热元件与电网(8)电分离，其中，在开关元件(16)在两个开关状态之间切换时，将电网(8)的电压从初始电位出发调节到切换电位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在相应的运行情况下使电网(8)的电压从初始电位出发降低到切换电位或者从初始电位出发提高到切换电位。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，集成到电网(8)中的至少一个电机(14)在切换时作为马达或作为发电机运行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电网(8)在标准运行中以处于标准电位的电压运行，该标准电位作为初始电位，其中，在开关元件(16)在两个开关状态之间切换时，将电网(8)的电压从作为初始电位的标准电位出发调节到切换电位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，电压的初始电位——例如标准电位——具有约43V、约48V或约52V的值，其中，电压的切换电位具有约50V、约40V或约36V的值。
6.一种用于运行车辆的排气装置(4)的系统，该车辆具有内燃机(2)和电网(8)，在该内燃机下游连接有排气装置(4)，其中，电网(8)在相应的运行情况下包括具有初始电位的电压，其中，系统(20)具有加热元件(6)和开关元件(16)，其中，该加热元件(6)配属于排气装置(4)，其中，加热元件(6)通过开关元件(16)连接在电网(8)上，其中，在开关元件(16)的第一开关状态中、当开关元件(16)被接通时加热元件(6)与电网(8)导电连接，在开关元件(16)的第二开关状态中、当开关元件(16)被切断时加热元件与电网(8)电分离，其中，系统(20)在开关元件(16)在两个开关状态之间切换时被设计为用于，将电网(8)的电压从初始电位出发调节到切换电位。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，加热元件(6)被设计为欧姆电阻和/或欧姆负载。
8.根据权利要求6或7所述的系统，所述系统具有控制器(18)，该控制器被设计为用于调节电压。
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