CN113167152B - 用于运行驱动装置的方法以及相应的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行驱动装置(1)的方法，该驱动装置具有驱动单元以及布置在排气管路(2)中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置(3)，其中，排气净化装置(3)至少暂时地借助于电加热装置(5)加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件(6)以及在排气净化装置(3)的一侧从排气管路(2)分支出的且在另一侧通入该排气管路中的旁通管路(7)，在该旁通管路中布置有用于输送流体穿过排气净化装置(3)的流体泵(8)。在此规定，为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置(3)，运行流体泵(8)，以用于使借助于加热元件(6)加热的流体逆向于排气流动方向穿过排气管路(2)并流过排气净化装置(3)。本发明还涉及一种驱动装置(1)。

Description

用于运行驱动装置的方法以及相应的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行驱动装置的方法，该驱动装置具有驱动单元以及布置在排气管路中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置，其中，排气净化装置至少暂时地借助于电加热装置加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件以及在排气净化装置的一侧从排气管路分支出的且在排气净化装置的另一侧又通入该排气管路中的旁通管路，在该旁通管路中布置有用于输送流体流过排气净化装置的流体泵。本发明还涉及一种驱动装置。
背景技术
由现有技术例如已知了文献GB 2 254 014 A1。该文献描述了一种可快速升温的催化转化器或一种具有催化转化器和旁通管路的排气装置，该旁通管路在流动技术上平行于催化转化器连接，以用于形成围绕催化转化器闭合的再循环回路。鼓风机强制气体流过回路再循环，并且电动运行的加热器沿着回路布置，以便加热再循环的气体，从而缩短加热时间。
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于运行驱动装置的方法，该方法相对于已知的方法具有优点，特别是能够实现排气净化装置的快速加热，同时能够实现均匀的热透
Figure GDA0003922459340000011
根据本发明，所述目的利用一种如下的用于运行驱动装置的方法来实现，即：
一种用于运行驱动装置的方法，该驱动装置具有驱动单元以及布置在排气管路中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置，其中，排气净化装置至少暂时地借助于电加热装置加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件，以及在排气净化装置的一侧从排气管路分支出的且在另一侧通入该排气管路中的旁通管路，在该旁通管路中布置有用于输送流体穿过排气净化装置的流体泵，
其特征在于，
为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置，运行流体泵，以使借助于加热元件加热的流体逆向于排气流动方向穿过排气管路并流过排气净化装置。
在此规定，为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置，运行流体泵，以用于使借助于加热元件加热的流体逆向于排气流动方向穿过排气管路并流过排气净化装置。
该方法用于运行驱动装置，该驱动装置例如是机动车的组成部分。在这种情况下，驱动装置用于驱动机动车并且就此而言用于提供旨在驱动机动车的转矩。为了产生驱动转矩，驱动装置具有驱动单元，该驱动单元在其运行期间产生排气。驱动单元例如以内燃机或类似装置的形式存在。
为了排出由驱动单元产生的排气，驱动装置具有排气管路。排气管路用于将排气从驱动单元——特别是朝向外部环境的方向——排出。因此，一方面，排气管路在流动技术上连接到驱动单元上。另一方面，排气管路通入外部环境中。在排气管路中布置有排气净化装置，该排气净化装置用于净化排气。排气净化装置例如以车辆催化器和/或颗粒过滤器的形式提供。优选地，由驱动单元产生的全部排气被输送到排气管路，使得全部排气在驱动单元运行期间完全流过排气净化装置。在排气净化装置的下游才将排气输送到外部环境。
在驱动单元的运行期间，排气沿确定的排气流动方向流过排气管路和排气净化装置，该排气流动方向从驱动单元出发并且指向外部环境的方向。为了借助于排气净化装置实现排气的有效净化，排气净化装置需要具有特定的温度，该特定的温度也可以被称为排气净化装置的运行温度。直到排气净化装置的瞬时温度达到该运行温度为止，包含在排气中的有害物质仅被部分地转化成更无害的产物。然而，如果温度相当于运行温度或至少处于排气净化装置的运行温度范围内，则有害物质——例如通过氧化和/或还原——被完全或至少绝大部分地转化成无害的产物。
为了尽可能快速地加热排气净化装置并且使排气净化装置达到其运行温度，提供电加热装置。该电加热装置具有加热元件以及旁通管路，在该旁通管路中又布置有流体泵。流体借助于流体泵至少暂时地穿过旁通管路和排气管路循环并且在此借助于加热元件加热。这样加热的流体流过排气净化装置并且就此而言加热该排气净化装置。流体例如可以是空气、排气或排气-空气混合物。流体借助于流体泵循环，使得产生通过旁通管路和排气管路的循环流动，所述循环流动穿过排气净化装置进行。
在启动驱动单元之后，由驱动单元产生的排气流过排气净化装置。排气具有相对较高的温度，从而快速地加热排气净化装置。在此，排气净化装置的在流动技术上面向驱动单元的一侧比背离驱动单元的一侧更快地被加热，从而最终，在排气净化装置被完全加热并且具有其运行温度之前，存在排气净化装置的不均匀的加热。出于这个原因现在规定，在启动驱动单元之前就加热排气净化装置、即借助于电加热装置已经加热了排气净化装置。然而，为了也直接在启动驱动单元之后实现排气净化装置的均匀的热透，借助于加热元件加热的流体不应沿排气流动方向、而是应逆向于排气流动方向流过排气净化装置。
这意味着，借助于加热装置在启动驱动单元之前比面向驱动单元的一侧更快地加热排气净化装置的背离驱动单元的一侧。如果现在启动驱动单元，即驱动单元的热排气流过排气净化装置，则在排气净化装置的继续加热期间出现的热应力明显减小，这是因为排气净化装置在其背离驱动单元的一侧上也已经具有相对高的温度。
驱动单元的启动应理解为，使驱动单元从关断状态转换到开启状态中。在关断状态下，驱动单元不产生排气，而在开启状态中，驱动单元产生排气。在内燃机的情况下，关断的驱动单元停止工作，即优选转速为零。在启动内燃机期间，转速提高，直至转速达到不为零的转速，所述不为零的转速特别是至少相当于最小转速或怠速转速。
最小转速在此描述内燃机的下述转速，从该转速起内燃机可以自动地，即在没有外部力影响的情况下继续提高其转速。相反，怠速转速通常这样选择，使得内燃机在无负载的状态下尽可能低消耗地并且同时平稳地运行。怠速转速通常高于最小转速。在启动驱动单元之后，驱动单元处于其开启状态中。驱动单元在开启状态中产生排气。在内燃机的情况下，在开启状态下存在不为零的转速，该转速特别是至少相当于最小转速或至少相当于怠速转速。
利用所述方法，在启动驱动单元之前实现排气净化装置的快速加热。在此，加热的流体逆向于排气流动方向流过排气净化装置具有优点，实现了排气净化装置的均匀热透，从而在驱动单元随后启动时防止或至少部分地避免了在排气净化装置内的热应力。相应地提高了排气净化装置的使用寿命。
本发明的另一实施方式规定，加热元件布置在旁通管路中，并且为了加热排气净化装置，在排气流动方向上/参照排气流动方向在排气净化装置的上游从排气管路中抽取流体，该流体借助于加热元件加热并且在排气净化装置的下游再将该流体输送到排气管路，使得借助于加热元件加热的流体流过排气净化装置。从排气管路中抽取到旁通管路中的流体因此具有比从旁通管路随后重新输送到排气管路的流体低的温度。因此在旁通管路中——特别是完全地——进行流体的加热。
借助于流体泵，以下述方式产生上面已经提及的循环流动，即，在排气净化装置的下游从旁通管路中引入到排气管路中的流体逆向于排气流动方向流过排气净化装置并且同时加热该排气净化装置。在流过排气净化装置之后，流体再被从排气管路中抽取到旁通管路中并且重新借助于加热元件加热。加热元件的这种布置能够实现在驱动单元的运行期间使加热元件完全与排气脱离。也就是说，加热元件没有被加载排气，从而可靠地避免了加热元件的由热损坏。
本发明的另一优选实施方式规定，加热元件在排气管路中在排气流动方向上布置在排气净化装置的下游，并且为了加热排气净化装置，在排气流动方向上在排气净化装置的上游从排气管路中抽取流体并且在排气净化装置的下游再将该流体输送到排气管路，以使该流体流过排气净化装置，从而该流体借助于加热元件加热并且随后流过排气净化装置。除了将加热元件布置在旁通管路中之外或对此另选地，也可以将加热元件在排气管路中布置在排气净化装置的下游。
由于加热元件布置在排气管路中，所以在驱动单元运行期间，排气流入或流过加热元件。然而，由于加热元件布置在排气净化装置的下游，所以加热元件的热负荷明显降低，从而不会发生由于热负荷而降低加热元件的使用寿命。如上文已经描述的，为了加热排气净化装置，这样运行流体泵，即，在排气净化装置的上游从旁通管路中抽取流体并且在下游再引入流体，即特别是在相同的温度下引入该流体。接着，引入到排气管路中的排气首先流过加热元件并且随后流过排气净化装置，从而排气在流过排气净化装置之前借助于加热元件加热，随后加热排气净化装置。
本发明的一个改进方案规定，加热元件在排气管路中参照排气流动方向布置在排气净化装置的上游，并且为了加热排气净化装置，参照排气流动方向在排气净化装置的上游从排气管路中抽取借助于加热元件加热的流体，然后在排气净化装置的下游再将该流体输送到排气管路，以便使其流过排气净化装置，从而借助于加热元件加热的流体流过排气净化装置。除了布置在下游和/或布置在排气管路中之外或对此另选地，也可以将加热元件布置在排气净化装置的上游。
虽然由于加热元件的在上游的布置，通过由驱动单元产生的排气使加热元件的热负荷提高。然而，利用该布置可以实现排气净化装置的特别均匀的热透，这是因为排气净化装置一方面可以通过加热元件的传导式的热传递被加热，而另一方面借助于加热元件加热的流体流入到排气净化装置中。因此，可以借助于加热元件从相对的两侧加热排气净化装置，即，一方面传导式地加热，而另一方面借助于流体对流式地加热。为了实现传导式地加热，特别优选地规定，加热元件直接贴靠在排气净化装置上或者至少以传导式的热传递的方式与排气净化装置连接。
在本发明的另一设计方案的范围内规定，在在排气管路中至少一个另外的排气净化装置布置排气净化装置的下游，并且将用于加热排气净化装置的流体在另外的排气净化装置的下游引入到排气管路中。除了排气净化装置之外，另外的排气净化装置也存在于排气管路中。排气净化装置和另外的排气净化装置在流动技术上前后相继地布置在排气管路中，从而在驱动单元的运行期间，排气首先流过排气净化装置，接着流过另外的排气净化装置。
电加热装置被设计成，使得排气净化装置和另外的排气净化装置都能借助于该电加热装置被加热。为此，旁通管路在另外的排气净化装置的背离排气净化装置的一侧上通入排气管路中。因此，通过旁通管路引入到排气管路中的流体首先流过另外的排气净化装置，随后才流过排气净化装置。由此实现了排气净化装置和至少一个另外的排气净化装置的可靠加热。
本发明的另一优选设计方案规定，为了在启动驱动单元之后继续加热排气净化装置，运行流体泵，以使借助于加热元件加热的流体沿排气流动方向穿过排气管路并流过排气净化装置。在启动驱动单元之后，即一旦排气流过排气管路，流体泵就不再为了逆向于排气流动方向流过排气净化装置而运行，而是为了沿着排气流动方向流过而运行。
这意味着，借助于流体泵在排气净化装置的下游从排气管路中抽取流体、特别是流体形式的排气，并且在排气净化装置的上游将该流体重新输送到排气管路。如果加热元件布置在旁通管路中，则这种方法是特别有意义的。在这种情况下，从排气管路中抽取的流体在流过排气净化装置之后可以再次被加热，并且被重新输送到排气净化装置。利用这种方法，实现了排气净化装置的特别有效且快速的加热。
本发明的另一优选实施方案规定，在流动技术上直接与排气净化装置邻接的加热盘作为加热元件。加热盘可以理解为下述加热元件，该加热元件被待加热的流体或排气流过。加热盘原则上是盘形的。优选地，加热盘至少大部分地、即以至少50％的比例、然而优选完全地覆盖排气管路的流动横截面。例如，加热盘具有可电加热的加热格栅。加热盘在流动技术上直接与排气净化装置邻接、在排气流动方向上在上游或者在下游与排气净化装置邻接。由此，除了借助于加热的流体对流式地加热排气净化装置之外，同时实现传导式的加热。相应地，排气净化装置的加热是特别有效的。
本发明的一个改进方案规定，使用容积式泵、流动泵或喷射泵作为流体泵。原则上，流体泵任意地构造，只要借助于该流体泵能将流体从排气管路中抽取到旁通管路中，并且随后能从旁通管路中将该流体引入到排气管路中即可。如果将容积式泵或流动泵用作流体泵，那么通常不需要另外的流体泵。而如果流体泵以喷射泵的形式提供，那么为了运行喷射泵通常需要负压源或过压源。例如，容积式泵或流动泵也用作这种负压源或过压源。也就是说如果使用喷射泵，则优选除了该喷射泵之外还提供容积式泵或流动泵。上述泵类型能够实现流体在旁通管路和排气管路中的特别有效的循环。
最后，在本发明的另一实施方式的范围内可以规定，使用车辆催化器和/或颗粒过滤器作为排气净化装置。原则上，车辆催化器可以以任意的设计形式存在。例如，车辆催化器是三元催化器、氧化催化器、存储催化器，特别是NOx存储催化器、或SCR催化器。另选地，该排气净化装置作为颗粒过滤器、优选作为柴油颗粒过滤器或作为汽油颗粒过滤器提供。同样地，排气净化装置可以被设计为由车辆催化器和颗粒过滤器构成的组合。在这种情况下，排气净化装置优选是具有催化覆层的颗粒过滤器。所描述的设计方案能够实现驱动单元的排气的特别有效的净化。
本发明还涉及一种驱动装置，特别是用于实施根据在本说明书的范围内的实施方案的方法，其中，驱动装置具有驱动单元以及布置在排气管路中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置，其中，排气净化装置能借助于电加热装置加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件，以及在排气净化装置的一侧从排气管路分支出的且在另一侧通入该排气管路中的旁通管路，在该旁通管路中布置有用于输送流体穿过排气净化装置的流体泵。在此规定，驱动装置被设计为用于，为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置，运行流体泵，以使借助于加热元件加热的流体逆向于排气流动方向通过排气管路，从而流过排气净化装置。
已经指出驱动装置的这种方法或这种设计方案的优点。不仅驱动装置、而且用于运行该驱动装置的方法都可以根据在本说明书的范围内的实施方案来改进，从而就此而言参考本说明书。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例详细说明本发明，而不限制本发明。图中示出：
图1示出驱动装置的第一实施方式的示意图，
图2示出驱动装置的第二实施方式的示意图，
图3示出驱动装置的第三实施方式的示意图，以及
图4示出驱动装置的第四实施方式的示意图。
具体实施方式
图1示出驱动装置1的第一实施方式的示意图，该驱动装置特别是用于机动车。驱动装置1具有在此未示出的驱动单元以及排气管路2，在该排气管路中布置有排气净化装置3。在例如以内燃机形式提供的驱动单元的运行期间，驱动单元的排气沿通过箭头4表示的排气流动方向流过排气管路2和排气净化装置3。
驱动装置1还具有电加热装置5，该电加热装置具有加热元件6、旁通管路7和流体泵8。旁通管路7在排气净化装置3两侧通入排气管路2中。在这里所示的实施例中，流体泵8布置在旁通管路7中，而加热元件6存在于排气管路2中，即在排气流动方向上位于排气净化装置3的下游。
规定，为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置3，这样运行流体泵8，使得借助于加热元件6加热的流体逆向于排气流动方向流过排气净化装置3。为此，在排气流动方向上在排气净化装置3的上游从排气管路2中抽取流体，并将该流体再次输送到排气净化装置3的下游。该流体现在流过加热元件6并且在此被加热。随后，流体即根据箭头9流过排气净化装置3，并且因此加热排气净化装置。随后，流体可以再次从排气管路2中被抽取到旁通管路7中，使得在排气管路2和旁通管路7中经由排气净化装置3和加热元件6存在循环流动。
图2示出驱动装置1的第二实施方式的示意图。第二实施方式与第一实施方式类似，从而参照相应的实施方案并且下面仅说明区别。区别在于，加热元件6现在不存在于排气管路2中、而是存在于旁通管路7中。从排气管路2中抽取的排气相应地在旁通管路7中流过加热元件6并且在此被加热。被加热的流体在排气流动方向上在排气净化装置3的下游被引入排气管路2中，从而被加热的流体可以流过排气净化装置3，即沿箭头9的方向流过排气净化装置。
图3示出驱动装置的第三实施方式的示意图。再次参照关于第一实施方式的实施方案并且仅说明区别。区别在于，使用喷射泵、即抽吸式喷射泵作为存在于旁通管路7中的流体泵8。为了给喷射泵供给驱动介质，附加地设置有另外的泵10，该另外的泵相应于箭头11给流体泵8输送驱动介质。
图4示出驱动装置1的第四实施方式的示意图。第四实施方式是第二实施方式和第三实施方式的组合，从而全面地参考前述的实施方案。与第一实施方式的区别在于，加热元件6相应于第二实施方式存在于旁通管路7中，并且流体泵8相应于第三实施方式作为喷射泵提供。关于前述设计方案的详细说明未改变地继续适用。
利用驱动装置1的所述设计方案，实现了对排气净化装置3的可靠、快速且特别是均匀的加热，其方法是，排气净化装置3逆向于排气流动方向——如其通过箭头9所示的——被加热的流体流过。加热元件6是电加热元件，即用电流加热。这确保了在启动驱动单元之前就已经加热了排气净化装置3。
附图标记列表：
1 驱动装置
2 排气管路
3 排气净化装置
4 箭头
5 加热装置
6 加热元件
7 旁通管路
8 流体泵
9 箭头
10 泵
11 箭头。

Claims (14)

1.一种用于运行驱动装置(1)的方法，该驱动装置具有驱动单元以及布置在排气管路(2)中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置(3)，其中，排气净化装置(3)至少暂时地借助于电加热装置(5)加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件(6)，以及在排气净化装置(3)的一侧从排气管路(2)分支出的且在另一侧通入该排气管路中的旁通管路(7)，在该旁通管路中布置有用于输送流体穿过排气净化装置(3)的流体泵(8)，
其特征在于，
为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置(3)，运行流体泵(8)，以使借助于加热元件(6)加热的流体逆向于排气流动方向穿过排气管路(2)并流过排气净化装置(3)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热元件(6)布置在旁通管路(7)中，并且为了加热排气净化装置(3)，在排气流动方向上在排气净化装置(3)的上游从排气管路(2)中抽取流体，该流体借助于加热元件(6)加热并且在排气净化装置(3)的下游重新被输送到排气管路(2)，使得借助于加热元件(6)加热的流体流过排气净化装置(3)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热元件(6)在排气管路(2)中在排气流动方向上布置在排气净化装置(3)的下游，并且为了加热排气净化装置(3)，参照排气流动方向，在排气净化装置(3)的上游从排气管路(2)中抽取流体并且在排气净化装置(3)的下游再将该流体输送到排气管路(2)，以便流过排气净化装置(3)，从而使流体借助于加热元件(6)加热并且随后流过排气净化装置(3)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，加热元件(6)在排气管路(2)中在排气流动方向布置在排气净化装置(3)的上游，并且为了加热排气净化装置(3)，在排气流动方向上在排气净化装置(3)的上游从排气管路(2)中抽取借助于加热元件(6)加热的流体，并且在排气净化装置(3)的下游再将该流体输送到排气管路(2)，以便流过排气净化装置(3)，使得借助于加热元件(6)加热的流体流过排气净化装置(3)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，在排气管路(2)中，至少一个另外的排气净化装置布置在排气净化装置(3)的下游，并且将用于加热排气净化装置(3)的流体在所述至少一个另外的排气净化装置的下游引入到排气管路(2)中。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，为了在启动驱动单元之后继续加热排气净化装置(3)，运行流体泵(8)，以使借助于加热元件(6)加热的流体沿排气流动方向穿过排气管路(2)并流过排气净化装置(3)。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用在排气流动方向上在上游或者在下游直接与排气净化装置(3)邻接的加热盘作为加热元件(6)。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用容积式泵作为流体泵(8)。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用流动泵作为流体泵(8)。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用喷射泵作为流体泵(8)。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用车辆催化器作为排气净化装置(3)。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用颗粒过滤器作为排气净化装置(3)。
13.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，使用车辆催化器和颗粒过滤器作为排气净化装置(3)。
14.一种驱动装置(1)，其用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，驱动装置(1)具有驱动单元以及布置在排气管路(2)中的、用于净化驱动单元的排气的排气净化装置(3)，其中，排气净化装置(3)能借助于电加热装置(5)加热，该电加热装置具有用于加热流体的加热元件(6)以及在排气净化装置(3)的一侧从排气管路(2)分支出的且在排气净化装置的另一侧再次通入该排气管路中的旁通管路(7)，在该旁通管路中布置有用于输送流体穿过排气净化装置(3)的流体泵(8)，
其特征在于，
驱动装置(1)被设计为用于，为了在启动驱动单元之前加热排气净化装置(3)，运行流体泵(8)，以使借助于加热元件(6)加热的流体逆向于排气流动方向穿过排气管路(2)并流过排气净化装置(3)。
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