DE102014016760A1

DE102014016760A1 - Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage sowie Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102014016760A1
Application number: DE102014016760.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes Bleckmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens, mit wenigstens einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) zum Reinigen des Abgases und mit wenigstens einem stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer ersten Strömung (V4) des Abgases und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer zweiten Strömung (V2) des Abgases durchströmbaren Wärmetauscher (28) für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen (V2, V4), wobei eine Ventileinrichtung (38) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens eine der Strömungen (V2, V4) in Abhängigkeit von wenigstens einem einen zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine (12) charakterisierenden Parameter eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage sowie eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9.
Eine Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens ist der US 2005/0252202 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Abgasanlage weist dabei wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, welche von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung dient dabei zum Reinigen des Abgases. Ferner umfasst die Abgasanlage wenigstens einen Wärmetauscher, welcher stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung von wenigstens einer ersten Strömung des Abgases und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung von wenigstens einer zweiten Strömung des Abgases durchströmbar ist und für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen genutzt wird. Bei der ersten Strömung handelt es sich beispielsweise um eine Auslassströmung des Abgases, welche aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung ausströmt. Bei der zweiten Strömung des Abgases handelt es sich beispielsweise um eine Einlassströmung, die in die Abgasnachbehandlungseinrichtung einströmt. Das Abgas weist stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine andere Temperatur als stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, sodass die erste Strömung eine von der zweiten Strömung unterschiedliche Temperatur aufweist. Hierdurch entsteht ein Temperaturgradient zwischen den Strömungen, sodass ein Wärmeübergang von einer der Strömungen über den Wärmetauscher zur anderen der Strömungen erfolgt. So ist es beispielsweise möglich, die andere Strömung durch die eine Strömung zu erwärmen.
Ferner offenbart die EP 0 859 132 A1 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Partikelfilter zum Filtern von Abgas der Verbrennungskraftmaschine. Dabei ist der Partikelfilter von dem Abgas durchströmbar, wobei sich der Partikelfilter mit zunehmender Betriebsdauer mit Partikeln zusetzt, die mittels des Partikelfilters aus dem Abgas gefiltert werden. Dieses Zusetzen wird üblicherweise auch als Beladung oder Partikelbeladung bezeichnet. Bei den Partikeln handelt es sich beispielsweise um Ruß, sodass die Beladung auch als Rußbeladung bezeichnet wird. Um den Partikelfilter zumindest teilweise von den Partikeln zu befreien, das heißt um die Beladung zumindest zu reduzieren, ist eine Regenerationseinrichtung vorgesehen. Eine solche Reduzierung der Beladung des Partikelfilters wird üblicherweise auch als Regeneration oder als Freibrennen bezeichnet, da der Partikelfilter beispielsweise derart regeneriert wird, dass die Abgastemperatur erhöht wird. Dies erfolgt beispielsweise durch späte Einspritzungen von Kraftstoff in Brennräume, insbesondere Zylinder, der Verbrennungskraftmaschine.
Die Regeneration des Partikelfilters erfolgt zu wenigstens einem vorgebbaren Zeitpunkt, wobei dieser vorgebbare Zeitpunkt durch eine Vorhersageeinrichtung ermittelt wird. Mittels der Vorhersageeinrichtung wird ein zu erwartender Zustand eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfassenden Fahrzeugs ermittelt, wobei der Zeitpunkt, zu welchem die Regeneration erfolgt, in Abhängigkeit von dem ermittelten, zu erwartenden Zustand vorgegeben wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage sowie eine Abgasanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen ein besonders effektiver und effizienter Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, wobei die Abgasanlage wenigstens eine von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbare Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Reinigen des Abgases umfasst. Ferner umfasst die Abgasanlage wenigstens einen stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung von wenigstens einer ersten Strömung des Abgases und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung von wenigstens einer zweiten Strömung des Abgases durchströmbaren Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen. Darüber hinaus ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, mittels welcher im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens eine der Strömungen in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter eingestellt wird, der einen zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert. Da die Verbrennungskraftmaschine das Abgas bereitstellt, welches die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmt, beeinflusst der Zustand und insbesondere der zu erwartende Zustand der Verbrennungskraftmaschine einen Zustand und insbesondere einen zu erwartenden Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sodass der zu erwartende Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung somit abhängig von dem zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine ist.
Unter dem zu erwartenden Zustand ist ein Zustand zu verstehen, den die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem Zeitpunkt, zu welchem der wenigstens eine Parameter ermittelt, beispielsweise mittels einer Recheneinrichtung berechnet, wird, noch nicht aufweist, jedoch mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit in Zukunft aufweisen wird. Dies bedeutet, dass die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise die Abgasnachbehandlungseinrichtung den zu erwartenden Zustand zeitlich nach einem Ermitteln des wenigstens einen Parameters und insbesondere zeitlich nach einem Ende des Ermittelns des wenigstens einen Parameters einnehmen kann, jedoch nicht zwingenderweise einnehmen muss. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein prädiktives Verfahren, bei welchem wenigstens eine der Strömungen, vorzugsweise beide Strömungen, nicht in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand, sondern in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung eingestellt wird beziehungsweise werden.
Der Erfindung liegt dabei folgende Erkenntnis zugrunde: Der Wärmetauscher der Abgasanlage wird genutzt, um eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest im Wesentlichen konstant zu halten beziehungsweise um Temperaturschwankungen zu glätten. Dies wird über den Wärmeaustausch zwischen den Strömungen des Abgases bewirkt, wobei der Wärmeaustausch über den Wärmetauscher erfolgt. Die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung hängt nämlich insbesondere von der Temperatur der zweiten Strömung ab, deren Temperatur durch den über den Wärmetauscher erfolgenden Wärmeaustausch mit der ersten Strömung beeinflusst werden kann.
Wenn nun Fahrzeuge beziehungsweise Kraftwagen mit geringem Fahrwiderstand, beispielsweise Stadtfahrzeuge mit geringer Gesamtmasse, mit einer ausreichend heißen Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben werden sollen, dann sind insbesondere bei überstöchiometrisch betriebenen Verbrennungskraftmaschinen wie beispielsweise Dieselmotoren große Anstrengungen erforderlich, um angestrebte Temperaturen der beispielsweise als Katalysator, insbesondere Oxidationskatalysator, ausgebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung in unteren Teillastgebieten zu erreichen. Dennoch entstehen in einem Niedriglastprofil immer wieder kurzzeitig sehr hohe Temperaturen des Abgases. Mittels des Wärmetauschers können solche kurzzeitig sehr hohen Temperaturen, welche Temperaturspitzen darstellen, geglättet werden. Ferner ist es möglich, entsprechende, bei solchen Temperaturspitzen auftretende Wärmeenergien für große Zeiträume nutzbar zu machen. Analog können negative Auswirkungen eines kurzfristigen Temperatureinbruchs mittels des Wärmetauschers gemindert werden.
Würden nun beispielsweise die Ventileinrichtung und somit der Wärmetauscher lediglich in Abhängigkeit von aktuellen beziehungsweise gegenwärtigen Betriebsgrößen der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben, das heißt beispielsweise gesteuert oder geregelt, das heißt würden die Ventileinrichtung und somit der Wärmetauscher lediglich in Abhängigkeit von einem gegenwärtigen Zustand der Verbrennungskraftmaschine und somit der Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben, beispielsweise anhand von definierten Schwellenwerten oder Abhängigkeiten, so könnten im Fahrbetrieb Situationen auftreten, bei denen der Wärmetauscher nicht zum Wärmeaustausch genutzt wird, obwohl dies aufgrund in Zukunft, das heißt später auftretender Fahrzustände sinnvoll wäre. Bei solchen aktuellen Betriebsgrößen handelt es sich beispielsweise um eine Temperatur, einen Druck und/oder einen Massenstrom der Strömungen. Bei den genannten Abhängigkeiten handelt es sich beispielsweise um lineare und nicht-lineare Zusammenhänge wie beispielsweise die Effizienz des Wärmetauschers, die eine Funktion der Temperatur, des Massenstroms und des Drucks ist.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, die Ventileinrichtung und somit den Wärmetauscher nicht oder nicht nur in Abhängigkeit von einem gegenwärtigen Zustand der Verbrennungskraftmaschine, sondern in Abhängigkeit von dem zu erwartenden, das heißt zukünftig gegebenenfalls und insbesondere mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eintretenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine zu betreiben, um dadurch beispielsweise den aktuellen beziehungsweise gegenwärtigen Zustand der Verbrennungskraftmaschine und der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu nutzen, um einen besonders effizienten und effektiven Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu einem späteren, zukünftigen Zeitpunkt zu realisieren. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt auftretende hohe Temperaturen des Abgases für einen späteren Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung genutzt werden können, indem beispielsweise zumindest ein Teil von im Abgas der zweiten Strömung enthaltener, gegenwärtig sehr hoher Wärmeenergie über den Wärmetauscher an Abgas der ersten Strömung übertragen werden um beispielsweise eine von der ersten Strömung durchströmte Abgassystemkomponente zu erwärmen. Umgekehrt ist es möglich, durch Wärmeübertragung mittels des Wärmetauschers Wärmeenergie von der ersten Strömung in die zweite Strömung zu übertragen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn einer vergleichsweise stark aufgeheizten Abgasnachbehandlungseinrichtung von der Verbrennungskraftmaschine plötzlich Abgas vergleichsweise niedriger Temperatur zugeführt wird. In diesem Fall wird in der Abgasnachbehandlungseinrichtung gespeicherte Wärme genutzt, um eine Abkühlung der Abgasnachbehandlungseinrichtung zumindest zu verzögern. Somit kann mittels des Wärmetauschers in der Abgasnachbehandlungseinrichtung zwischengespeicherte Wärmeenergie zur Temperierung zumindest von Teilen der Abgasanlage genutzt werden und Abgas effektiver und effizienter gereinigt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der wenigstens eine Parameter mittels einer Navigationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt. Mittels der Navigationseinrichtung ist es beispielsweise möglich, eine aktuelle Position des Kraftwagens und insbesondere eine vorausliegende Fahrstrecke, entlang welcher der Kraftwagen zukünftig bewegt wird, zu ermitteln. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass die vorausliegende Fahrstrecke des Kraftwagens Einfluss auf die Last der Verbrennungskraftmaschine und somit auf ihren Zustand und den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung hat, da insbesondere die Temperatur des Abgases von der Last der Verbrennungskraftmaschine abhängt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von wenigstens einer Position des Kraftwagens ermittelt wird, welche mittels der Navigationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt wird. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, Umgebungsbedingungen in den Betrieb der Ventileinrichtung, das heißt in das Einstellen der Strömungen, mit einzubeziehen. Beispielsweise ist es möglich, eine gesetzlich vorgegebene Geschwindigkeitsbegrenzung, welche gegenwärtig und/oder zukünftig entlang der Fahrstrecke des Kraftwagens herrscht, zu ermitteln. In der Folge kann auf die maximale Geschwindigkeit des Kraftwagens und somit auf eine entsprechende Last der Verbrennungskraftmaschine rückgeschlossen werden, sodass der zu erwartende Zustand der Verbrennungskraftmaschine und somit der Abgasnachbehandlungseinrichtung präzise ermittelt werden können.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von einer mittels der Navigationseinrichtung geplanten Fahrtroute ermittelt wird. Die Fahrtroute erstreckt sich beispielsweise von einem Startpunkt beziehungsweise von einer gegenwärtigen Position des Kraftwagens bis zu einem Zielpunkt, wobei der Kraftwagen entlang der geplanten Fahrtroute bewegt wird. Hierdurch ist es möglich, gegebenenfalls zukünftig eintretende und durch die Fahrtroute beziehungsweise ihren Verlauf bewirkte Änderungen des Zustands der Verbrennungskraftmaschine und somit der Abgasnachbehandlungseinrichtung präzise zu ermitteln, sodass der gegenwärtige Betrieb der Ventileinrichtung besonders präzise an den zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden kann.
Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von der Topographie der geplanten Fahrtroute ermittelt wird. Unter der Topographie ist insbesondere der Verlauf der Fahrtroute, das heißt deren Steigungen, Gefälle und Kurven zu verstehen, welche sich maßgeblich auf die Last der Verbrennungskraftmaschine und somit die Temperatur des Abgases auswirken. Wird beispielsweise anhand der Fahrtroute ermittelt, dass der Kraftwagen gegenwärtig eine Steigung hinaufgefahren wird, wobei sich an die Steigung ein Gefälle anschließt, so kann die Ventileinrichtung gegenwärtig derart betrieben werden, dass eine hohe Wärmemenge aus dem aufgrund des Hinauffahrens der Steigung heißen Abgases beispielsweise zuvörderst in der Abgasnachbehandlungseinrichtung eingespeichert wird. Wird der Kraftwagen daran anschließend das Gefälle hinabgefahren, so sinken im Vergleich zum Hinauffahren der Steigung die Last und somit die Temperatur des Abgases. Beim Hinabfahren des Gefälles kann nun jedoch mittels des Wärmetauschers beim Hinauffahren der Steigung eingespeicherte Wärmemenge genutzt werden, um das Abgas stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu erwärmen beziehungsweise warm zu halten. Somit wird ein rasches Auskühlen der Abgasnachbehandlungseinrichtung vermieden, die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann länger in einem vorgebbaren Temperaturbereich gehalten werden kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird mittels der Navigationseinrichtung ein Fahrweg, entlang welchem der Kraftwagen gegenwärtig bewegt wird, ermittelt. Dabei sind in einer Speichereinrichtung, insbesondere des Kraftwagens, Daten gespeichert, die eine zeitlich vor der gegenwärtigen Bewegung des Kraftwagens erfolgte Bewegung des Kraftwagens entlang des Fahrwegs charakterisieren, gespeichert. Dabei wird der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von den gespeicherten Daten ermittelt. Bei den gespeicherten Daten handelt es sich somit um sogenannte historische Fahrdaten, welche ermittelt und gespeichert wurden, als der Kraftwagen in der Vergangenheit, das heißt zeitlich vor dem gegenwärtigen Zustand, entlang des Fahrwegs bewegt wurde, entlang welchem der Kraftwagen gegenwärtig bewegt wird. Dadurch kann der zu erwartende Zustand beziehungsweise der wenigstens eine Parameter besonders präzise mit einer besonders hohen Wahrscheinlichkeit ermittelt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von einer zu erwartenden Verkehrssituation ermittelt, welche mittels einer Kommunikationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt wird. Wird beispielsweise anhand von Daten, welche die Verkehrssituation charakterisieren, erfasst, dass sich der Kraftwagen auf einen Stau als die Verkehrssituation zubewegt, das heißt in Bälde in einen Stau geraten wird, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass die Temperatur des Abgases im Vergleich zum gegenwärtigen Zustand sinken wird. Um dennoch auch während des gegebenenfalls kurzen beziehungsweise schnell vorübergehenden Staus einen effizienten Betrieb der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu realisieren, wird der Betrieb der Ventileinrichtung zum gegenwärtigen Zeitpunkt bereits an die zukünftige, das heißt zu erwartende Verkehrssituation angepasst, sodass die Abgasnachbehandlungseinrichtung auch während des Staus warmgehalten werden kann.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die wenigstens eine Strömung mittels der Ventileinrichtung in Abhängigkeit von einer Partikelbeladung eines Partikelfilters der Abgasanlage betrieben wird. Der Partikelfilter ist beispielsweise eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung, welche in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage stromab der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird zusätzlich die Partikelbeladung des Partikelfilters in den Betrieb der Ventileinrichtung miteinbezogen, sodass das Abgas besonders effektiv und effizient gereinigt werden kann. Ferner ist es möglich, einen besonders effizienten und insbesondere kraftstoffverbrauchsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu realisieren, da beispielsweise die Durchführung von thermischen Regenerationen des Partikelfilters energie- und somit kraftstoffverbrauchsgünstig erfolgen kann.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Art, wobei zur Realisierung eines besonders effektiven und effizienten Betriebs der Abgasnachbehandlungseinrichtung erfindungsgemäß eine Ventileinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens eine der Strömungen des Abgases einstellbar ist. Mit anderen Worten ist die Ventileinrichtung dazu ausgebildet, die wenigstens eine Strömung durch den Wärmetauscher einzustellen. Darunter ist zu verstehen, dass die wenigstens eine Strömung auch auf 0 reduziert werden kann, sodass die wenigstens eine Strömung nicht durch den Wärmetauscher, sondern beispielsweise um diesen herum strömt.
In vorteilhafter Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung ist zum Betreiben der Ventileinrichtung eine Recheneinrichtung vorgesehen, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Abgasanlage anzusehen und umgekehrt.
Bei der Recheneinrichtung kann es sich um eine Recheneinrichtung, insbesondere ein Steuergerät, des Kraftwagens handeln. Alternativ handelt es sich bei der Recheneinrichtung um eine bezogen auf den Kraftwagen externe Recheneinrichtung, beispielsweise einen Server, welcher drahtlos mit dem Kraftwagen gekoppelt ist und die Ermittlung des wenigstens einen Parameters im Sinne einer Daten-Cloud übernimmt. Beispielsweise kann je nach verfügbarer Rechenleistung und Verfügbarkeit an Daten die Ermittlung beziehungsweise Berechnung des wenigstens einen Parameters im Kraftwagen mittels dessen Recheneinrichtung oder mittels eines bezogen auf den Kraftwagen externen Rechners erfolgen, welcher beispielsweise über eine Internetverbindung, insbesondere drahtlos, mit dem Kraftwagen verbunden ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit einer Ventileinrichtung zum Einstellen von Abgasströmungen durch einen Wärmetauscher der Abgasanlage;
2 eine weitere schematische Darstellung der Abgasanlage;
3 eine weitere schematische Darstellung der Abgasanlage; und
4 Schaubilder zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasanlage.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Die Verbrennungskraftmaschine 12 dient zum Antreiben des Kraftwagens und ist beispielsweise als Hubkolben-Verbrennungsmaschine ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen in Form von Zylindern, in denen im Rahmen eines gefeuerten Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 Kraftstoff-Luft-Gemische verbrannt werden. Aus diesen Verbrennungen resultiert Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12, das die Abgasanlage 10 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 12 durchströmt. Die Verbrennungskraftmaschine 12 ist beispielsweise eine mit einem flüssigen Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, betreibbare Verbrennungskraftmaschine und beispielsweise als Magermotor, insbesondere Dieselmotor, ausgebildet.
Während ihres Betriebs saugt die Verbrennungskraftmaschine 12 über einen in 1 nicht dargestellten Ansaugtrakt Luft an, welche in die Brennräume einströmt. Dabei ist ein Abgasturbolader vorgesehen, von welchem in 1 eine Turbine 14 erkennbar ist, welche Bestandteil der Abgasanlage 10 ist. Die Turbine 14 ist von dem Abgas durchströmbar und dadurch von dem Abgas antreibbar und über eine Welle 16 mit einem Verdichter des Abgasturboladers gekoppelt. Der Verdichter ist im Ansaugtrakt angeordnet und dient dazu, die den Brennräumen zuzuführende Luft zu verdichten. Die Abgasanlage 10 umfasst eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines Katalysators 18, welcher vorliegend ein Oxidationskatalysator und insbesondere ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) ist. In Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasanlage 10 ist stromab des Katalysators 18 eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines Partikelfilters 20 angeordnet, welcher beispielsweise als Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet ist. Der Partikelfilter 20 dient dazu, das Abgas, welches durch den Partikelfilter 20 strömt, zu filtern, wodurch Partikel wie beispielsweise Rußpartikel aus dem Abgas gefiltert werden.
Darüber hinaus umfasst die Abgasanlage 10 eine dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines SCR-Katalysators 22 (SCR – Selective Catalytic Reduction – Selektive katalytische Reduktion). Der SCR-Katalysator 22 dient zum sogenannten Entsticken des Abgases, indem in dem SCR-Katalysator 22 eine selektive katalytische Reduktion erfolgen kann. Im Rahmen dieser selektiven katalytischen Reduktion reagieren im Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) mit Ammoniak (NH₃) zu Wasser (H₂O) und Stickstoff (N₂). Das für diese Reaktion erforderliche Ammoniak wird beispielsweise dem Abgas zugeführt, indem in das Abgas ein Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung eindosiert wird. Hierzu ist eine Dosiereinrichtung 24 vorgesehen, welche an einer Dosierstelle 26 in ein von dem Abgas durchströmbares Rohrelement mündet. Die Dosierstelle 26 ist dabei stromauf des SCR-Katalysators 22 und vorliegend stromab des Partikelfilters 20 angeordnet.
Mittels der Dosiereinrichtung 24 ist eine Menge der wässrigen Harnstofflösung, die in das Abgas eindosiert wird, einstellbar, wobei die Menge auch als Dosiermenge bezeichnet wird. Die wässrige Harnstofflösung ist somit ein Reduktionsmittel, welches zum Entsticken des Abgases genutzt wird.
Alternativ oder zusätzlich zu den geschilderten Abgasnachbehandlungseinrichtungen können andere beziehungsweise weitere Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorgesehen sein. Bei einer solchen weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung handelt es sich beispielsweise um einen NO_x Speicherkatalysator (NSK), um einen SCR-beschichteten Partikelfilter, insbesondere Dieselpartikelfilter (SDPF), einen Drei-Wege-Katalysator (TWC) und/oder einen Partikelfilter auf SiC- oder Cordierit-Basis.
Die Abgasanlage 10 umfasst darüber hinaus wenigstens einen Wärmetauscher 28, welcher von dem Abgas durchströmbar ist. Der Wärmetauscher 28 ist dabei derart angeordnet, dass er stromab des Katalysators 18 von wenigstens einer ersten Strömung des Abgases und stromauf des Katalysators 18 von wenigstens einer zweiten Strömung des Abgases durchströmbar ist. Hierzu ist der Wärmetauscher 28 in einer stromab des Katalysators 18 angeordneten Abgasleitung 30 angeordnet, welche beispielsweise durch den Wärmetauscher 28 hindurchgeführt ist. Ferner ist der Wärmetauscher 28 in einer stromauf des Katalysators 18 angeordneten Abgasleitung 32 angeordnet, welche beispielsweise durch den Wärmetauscher 28 hindurchgeführt ist. Die Abgasleitungen 30 und 32 weisen jeweils wenigstens einen von dem Abgas durchströmbaren Kanal auf und sind somit von dem Abgas durchströmbar. Hierbei ist die Abgasleitung 30 von der ersten Strömung und die Abgasleitung 32 von der zweiten Strömung durchströmbar. Die zweite Strömung ist eine sogenannte Einlassströmung, da sie in den Katalysator 18 einströmt. Die erste Strömung ist eine sogenannte Auslassströmung, da sie aus dem Katalysator 18 ausströmt.
Das Abgas kann dabei stromauf des Katalysators 18 eine andere, das heißt höhere oder niedrigere Temperatur aufweisen als stromab des Katalysators 18, sodass die erste Strömung und die zweite Strömung unterschiedliche Temperaturen aufweisen können. Infolge dieser unterschiedlichen Temperaturen der Strömungen kommt es zu einem Temperaturgradienten, infolge dessen ein Wärmeaustausch zwischen den Strömungen über den Wärmetauscher 28 stattfindet. Beispielsweise findet ein Wärmeübergang von einer der Strömungen an die andere Strömung statt, sodass die andere Strömung durch die eine Strömung erwärmt wird. Dieser Wärmeaustausch beziehungsweise Wärmeübergang erfolgt über den Wärmetauscher 28, sodass dieser für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen genutzt wird. Vorzugsweise werden die den Wärmetauscher 28 durchströmenden Strömungen mittels des Wärmetauschers 28 getrennt, sodass sie sich nicht im Wärmetauscher 28 vermischen.
Bei den Strömungen handelt es sich somit um jeweilige Abgasströme, wobei die den Wärmetauscher 28 durchströmende, zweite Strömung in 1 mit V2 bezeichnet ist. Die den Wärmetauscher 28 durchströmende, erste Strömung ist in 1 mit V4 bezeichnet.
Aus 1 ist erkennbar, dass den Wärmetauscher 28 eine stromauf des Katalysators 18 angeordnete, erste Umgehungsleitung 34 zugeordnet ist. Die Umgehungsleitung 34 ist von dem Abgas durchströmbar, wobei das die Umgehungsleitung 34 durchströmende Abgas den Wärmetauscher 28 stromauf des Katalysators 18 umgeht und somit nicht durch den Wärmetauscher 28 stromauf des Katalysators 18 hindurchströmt. Mit anderen Worten dient die Umgehungsleitung 34 dazu, zumindest einen Teil des Abgases stromauf des Katalysators 18 am Wärmetauscher 28 vorbeizuführen, sodass die Temperatur des die Umgehungsleitung 34 durchströmenden Abgases nicht durch den Wärmetauscher 28 beeinflusst wird. Das die Umgehungsleitung 34 durchströmende Abgas ist eine dritte Strömung oder ein dritter Abgasstrom, wobei diese dritte Strömung in 1 mit V1 bezeichnet ist.
Analog dazu ist dem Wärmetauscher 28 eine stromab des Katalysators 18 angeordnete, zweite Umgehungsleitung 36 zugeordnet. Die zweite Umgehungsleitung 36 ist von dem Abgas durchströmbar, wobei das die Umgehungsleitung 36 durchströmende Abgas den Wärmetauscher 28 stromab des Katalysators 18 nicht durchströmt. Mit anderen Worten kann das Abgas auch stromab des Katalysators 18 mittels der zweiten Umgehungsleitung 36 an dem Wärmetauscher 28 vorbeigeführt werden, sodass das die zweite Umgehungsleitung 36 durchströmende und somit den Wärmetauscher 28 stromab des Katalysators 18 umgehende Abgas, insbesondere dessen Temperatur, nicht durch den Wärmetauscher 28 beeinflusst wird. Das die zweite Umgehungsleitung 36 durchströmende Abgas ist eine vierte Strömung oder ein vierter Abgasstrom, wobei diese vierte Strömung in 1 mit V3 bezeichnet ist.
Um nun einen besonders effizienten und effektiven Betrieb des Katalysators 18 sowie der Abgasanlage 10 insgesamt zu realisieren, ist eine im Ganzen mit 38 bezeichnete Ventileinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Strömungen V1, V2, V3, V4 und somit insbesondere die erste Strömung V4 und die zweite Strömung V2 einstellbar sind. Hierzu umfasst die Ventileinrichtung 38 ein erstes Ventilelement vorliegend in Form einer ersten Klappe 40, welche stromauf des Katalysators 18 und des Wärmetauschers 28 angeordnet ist. Mittels der Klappe 40 werden die Strömungen V1 und V2 eingestellt. Darunter ist zu verstehen, dass die Strömungen V1 und V2 auch auf jeweils 0 eingestellt werden können, sodass beispielsweise der Wärmetauscher 28 oder die Umgebungsleitung 34 stromauf des Katalysators 18 nicht von Abgas durchströmt wird.
Ferner umfasst die Ventileinrichtung 38 ein zweites Ventilelement in Form einer zweiten Klappe 42, welche vorliegend stromab des Wärmetauschers 28 und stromab der Umgebungsleitung 36 angeordnet ist. Mittels der zweiten Klappe 42 werden die Strömungen V3 und V4 eingestellt, worunter zu verstehen ist, dass die Strömungen V3 und V4 auch auf 0 eingestellt werden können. Dann werden der Wärmetauscher 28 oder die Umgehungsleitung 36 stromab des Katalysators 18 nicht von Abgas durchströmt. Die Klappen 40 und 42 sind somit jeweils zwischen einer Schließstellung und wenigstens einer Offenstellung verstellbar, wobei die jeweilige Strömung V2 beziehungsweise V4 in der Offenstellung größer als in der Schließstellung ist. Vorliegend ist es vorgesehen, dass die jeweilige Strömung V2 beziehungsweise V4 in der jeweiligen Schließstellung 0 ist. Ferner ist es vorliegend vorgesehen, dass in der jeweiligen Offenstellung die jeweilige Abgasleitung 30 beziehungsweise 32 vollständig frei gegeben ist, sodass die jeweilige Strömung V2 beziehungsweise V4 durch die jeweilige Abgasleitung 30 beziehungsweise 32 maximal ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass in der jeweiligen Offenstellung die jeweilige Umgehungsleitung 34 beziehungsweise 36 mittels der jeweiligen Klappe 40 beziehungsweise 42 fluidisch versperrt ist, sodass die Umgehungsleitungen 34 und 36 in der jeweiligen Offenstellung der Klappen 40 und 42 nicht von Abgas durchströmt werden. Darüber hinaus ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die jeweilige Klappe 40 beziehungsweise 42 in wenigstens eine und vorzugsweise in mehrere Zwischenstellungen zwischen der jeweiligen Offenstellung und der jeweiligen Schließstellung bewegbar ist, sodass ein jeweiliges Verhältnis der Strömungen V1 und V2 beziehungsweise der Strömungen V3 und V4 variabel und bedarfsgerecht eingestellt werden kann.
Zum Bewegen der Klappen 40 und 42 zwischen der jeweiligen Offenstellung und der jeweiligen Schließstellung ist vorliegend ein den Klappen 40 und 42 gemeinsamer Aktor 44 der Ventileinrichtung 38 vorgesehen. Der Aktor 44 ist beispielsweise über eine Kinematik mit den Klappen 40 und 42 gekoppelt, sodass beide Klappen 40 und 42 mittels des einen Aktors 44 bewegt werden können.
In 1 ist ferner eine Mehrzahl von Temperatursensoren 46a–g erkennbar, welche zum Erfassen einer jeweiligen Temperatur des Abgases verwendet werden. Mittels des Temperatursensors 46a wird eine Temperatur T_M des Abgases stromauf des Katalysators 18 und des Wärmetauschers 28 erfasst. Mittels des Temperatursensors 46b wird eine Temperatur T_DOC,in des Abgases erfasst, die das Abgas stromauf des Katalysators 18 und insbesondere stromab des Wärmetauschers 28 insbesondere in der Abgasleitung 32 aufweist. Mittels des Temperatursensors 46c wird eine Temperatur T_DOC,out erfasst, die das Abgas stromab des Katalysators 18 und stromauf des Wärmetauschers 28 aufweist. Die Temperatur T_DOC,in ist somit eine Eintrittstemperatur, die das Abgas an einem Eintritt des Katalysators 18 aufweist. Die Temperatur T_DOC,out ist eine Austrittstemperatur, die das Abgas an einem Austritt des Katalysators 18 aufweist.
Mittels des Temperatursensors 46d wird eine Temperatur T_DPF,in des Abgases stromab des Wärmetauschers 28 und stromauf des Partikelfilters 20 erfasst, wobei die Temperatur T_DPF,in eine Eintrittstemperatur ist, die das Abgas an einem Eintritt des Partikelfilters 20 aufweist. Mittels des Temperatursensors 46e wird eine Temperatur T_DPF,out erfasst, die das Abgas stromauf des SCR-Katalysators 22 und insbesondere stromauf der Dosierstelle 26 und stromab des Partikelfilters 20 aufweist. Die Temperatur T_DPF,out ist eine Austrittstemperatur, die das Abgas an einem Austritt des Partikelfilters 20 aufweist.
Mittels des Temperatursensors 46f wird eine Temperatur T_SCR,in des Abgases erfasst, die das Abgas stromab des Partikelfilters 20, insbesondere stromab der Dosierstelle 26, und stromauf des SCR-Katalysators 22 aufweist. Die Temperatur T_SCR,in ist somit eine Eintrittstemperatur, die das Abgas an einem Eintritt des SCR-Katalysators 22 aufweist. Schließlich wird mittels des Temperatursensors 46g eine Temperatur T_SCR,out stromab des SCR-Katalysators 22 erfasst. Die Temperatur T_SCR,out ist somit eine Austrittstemperatur, die das Abgas an einem Austritt des SCR-Katalysators 22 aufweist.
Zur Realisierung eines besonders effizienten und effektiven Betriebs des Katalysators 18 und insbesondere der Abgasanlage 10 insgesamt ist es im Rahmen eines Verfahrens zum Betreiben der Abgasanlage 10 vorgesehen, dass die Strömungen V2 und V4 und somit die Strömungen V1, V2, V3 und V4 mittels der Ventileinrichtung 38 in Abhängigkeit von wenigstens einem einen zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 charakterisierenden Parameter eingestellt werden. Die jeweilige Temperatur des Abgases hängt vom Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 ab. Beispielsweise weist das Abgas bei hoher Last der Verbrennungskraftmaschine 12 eine hohe Temperatur und bei geringer Last der Verbrennungskraftmaschine 12 eine geringe Temperatur auf. Da das Abgas den Katalysator 18 durchströmt und ein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und dem Katalysator 18 erfolgt, hängt auch eine Temperatur des Katalysators 18 von der Temperatur des Abgases ab. Dabei weist der Katalysator 18 einen Temperaturbereich auf, in welchem das Abgas mittels des Katalysators 18 besonders effizient gereinigt beziehungsweise nachbehandelt werden kann. Dieser Temperaturbereich erstreckt sich beispielsweise von einschließlich 200 Grad Celsius bis einschließlich 280 Grad Celsius. Aus diesen Zusammenhängen ist erkennbar, dass der Betrieb und somit ein Zustand des Katalysators 18 vom Betrieb und somit vom Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 abhängen, sodass der wenigstens eine Parameter auch einen zu erwartenden Zustand des Katalysators 18 charakterisiert.
Durch Betreiben, das heißt Ansteuern der Ventileinrichtung 38 beziehungsweise der Klappen 40 und 42 werden die Strömungen V1, V2, V3 und V4 eingestellt, wodurch auch der Wärmetauscher 28 entsprechend angesteuert, das heißt betrieben wird. Unter diesem Betrieb ist ein Steuern oder Regeln zu verstehen. Im Rahmen des Verfahrens erfolgt die Ansteuerung des Wärmetauschers 28 vorzugsweise nicht nur in Abhängigkeit von einem gegenwärtigen Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit des Katalysators 18, sondern zusätzlich auch in Abhängigkeit von zu erwartenden Zuständen beziehungsweise Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine 12 beziehungsweise des Katalysators 18. Hierzu wird – wie im Folgenden noch erläutert wird – auf verfügbare Informationen betreffend beispielsweise bevorstehende Fahr- beziehungsweise Verkehrssituationen zurückgegriffen. Mit Hilfe von modernen Telematiksystemen und/oder Navigationssystemen, insbesondere satellitengestützten Navigationssystemen wie beispielsweise GP-Systemen (GP – Global Positioning), können Eingangsdaten derart generiert und ausgewertet werden, dass eine Vorausberechnung eines zu erwartenden Fahrzustandskollektivs ermöglicht ist, wodurch ein Drehzahl-Lastkollektiv der Verbrennungskraftmaschine 12 und somit der voraussichtliche beziehungsweise zu erwartende Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung (Katalysator 18) ermittelt werden können. Insbesondere kann als der wenigstens eine Parameter die Temperatur T_M für das von der Verbrennungskraftmaschine 12 emittierte Abgas, das heißt wenigstens ein zu erwartender Wert für die Temperatur T_M ermittelt werden, woraus schließlich eine Temperatur T_AGN, das heißt ein jeweiliger zu erwartender Wert der Temperatur T_AGN bei den entsprechenden Fahrzuständen mit und ohne Nutzung des Wärmetauschers 28 ermittelt werden kann. Je nach verfügbarer Rechenleistung und Verfügbarkeit an Streckendaten kann die Ermittlung der Temperatur T_AGN beispielsweise im Fahrzeug oder auf einem mittels Internetverbindung erreichbaren externen Rechner erfolgen.
Das Verfahren wird im Folgenden anhand von 4 erläutert. 4 zeigt ein Diagramm 48, auf dessen Abszisse 50 die Zeit t aufgetragen ist. In das Diagramm 48 ist ein aktueller beziehungsweise gegenwärtiger Zeitpunkt t_akt eingetragen, zu welchem beispielsweise die Berechnung des wenigstens eines Parameters erfolgt, insbesondere beendet ist. Ausgehend von dem gegenwärtigen Zeitpunkt t_akt erstreckt sich ein gleitendes Zeitintervall X mit einer vorgebbaren Dauer, beispielsweise zehn Minuten bis 30 Minuten. Im Rahmen des Verfahrens ist es beispielsweise vorgesehen, vorgebbare Eingangsdaten für das unmittelbar bevorstehende Zeitintervall X mit vorgebbarer Dauer in Bezug auf ein in dem Zeitintervall X zu erwartendes Fahrzustandskollektiv auszuwerten. Darauf basierend wird ein in dem Zeitintervall X zu erwartender zeitlicher Verlauf oder ein zeitlicher Mittelwert für die Last der Verbrennungskraftmaschine 12 ermittelt. Dies ist in 4 in einem Flussdiagramm 52 veranschaulicht.
In dem Flussdiagramm sind mit 54 erste Eingangsdaten veranschaulicht, welche eine zu erwartende Verkehrssituation charakterisieren. Diese zu erwartende Verkehrssituation liegt beispielsweise auf einem Fahrweg oder einer Fahrtroute, entlang welchem beziehungsweise entlang welcher der Kraftwagen bewegt wird. Diese Verkehrssituation liegt beispielsweise in einem Bereich der Fahrtroute, den der Kraftwagen noch nicht erreicht hat, jedoch zukünftig mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit noch erreichen wird. Beispielsweise werden durch die ersten Eingangsdaten 54 ein Stau und/oder ein Unfall oder dergleichen Verkehrssituation charakterisiert. Ferner sind in dem Flussdiagramm 52 zweite Eingangsdaten 56 dargestellt, welche beispielsweise eine Topographie beziehungsweise ein Streckenprofil der Fahrtroute charakterisieren.
Die Fahrtroute ist beispielsweise mittels eines Navigationsgeräts des Kraftwagens berechnet, wobei das Navigationsgerät auch als Navigationseinrichtung bezeichnet wird. Beispielsweise kann mittels des Navigationsgeräts die gegenwärtige Position, insbesondere der Längengrad und Breitengrad der Position, des Kraftwagens ermittelt werden. Ferner ist es anhand des Navigationsgeräts möglich, vorausliegende Steigungen, Gefälle, maximale Geschwindigkeiten, die der Kraftwagen erreichen kann und/oder unterschiedliche Arten einer Fahrbahn, auf welcher der Kraftwagen in Zukunft fahren wird, zu ermitteln. Beispielsweise kann das Streckenprofil aus satellitengestützten Positionsdaten, beispielsweise über das GPS (Global Positioning System) ermittelt werden. Ferner ist es möglich, die Eingangsdaten 56 anhand einer Zieleingabe und/oder anhand von Kartenmaterial einer digitalen Karte des Navigationsgeräts zu ermitteln. Ferner können die Eingangsdaten 56 aus Navigationsdaten bezogen werden. Als Eingangsdaten können ferner historische Daten für dieselbe Fahrstrecke beziehungsweise denselben Fahrweg genutzt werden, wobei der Kraftwagen gegenwärtig entlang dieser Fahrstrecke bewegt wird. In Abhängigkeit von den Eingangsdaten wird dann beispielsweise bei einem ersten Schritt S1 des Verfahrens die Motorlast für das in der Zukunft liegende Zeitintervall X berechnet.
Bei einem weiteren Schritt S2 wird die Temperatur T_M anhand der berechneten Motorlast berechnet. Aus der Temperatur T_M wird die Temperatur T_AGN des Katalysators für das in der Zukunft liegende Zeitintervall X berechnet. Die Motorlast und die Temperaturen T_M und T_AGN sind beispielsweise jeweilige Parameter, welche den zukünftigen beziehungsweise zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine 12 charakterisieren. Bei dem zweiten Schritt S2 handelt es sich somit um einen weiteren Berechnungsschritt, bei welchem in Abhängigkeit von den beim ersten Schritt S1 berechneten Ergebnissen ein in dem Zeitintervall X zu erwartender Verlauf oder ein zeitlicher Mittelwert für die Temperatur T_M des Abgases ermittelt wird. Es kann alternativ auch eine Wärmeenergiemenge beziehungsweise ein Wärmeenergiestrom ermittelt werden.
Davon abhängig wird dann ein in dem Zeitintervall X zu erwartender zeitlicher Verlauf oder ein zeitlicher Mittelwert der maßgeblichen Temperatur T_AGN des Katalysators 18, insbesondere ohne Nutzung des Wärmetauschers 28, ermittelt. Die maßgebliche Temperatur T_AGN charakterisiert beispielsweise die Temperatur T_DOC,in und/oder die Temperatur T_DOC,out und/oder die Temperatur T_DPF,in und/oder eine andere der Temperaturen oder einen Mittelwert aus diesen Temperaturen. Werden für T_AGN im Gesamten oder zumindest im überwiegenden Teil des Zeitintervalls X vorgebbare Werte eingehalten, das heißt liegt T_AGN beispielsweise in einem Temperaturbereich Y von einschließlich 200 Grad Celsius bis einschließlich 280 Grad Celsius oder ist T_AGN kleiner oder gleich Y, so werden in Abhängigkeit von den Werten von T_AGN sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Kriterien wie beispielsweise der Beladung des Partikelfilters 20, einem resultierenden Abgasgegendruck, einem Kraftstoffverbrauch im Zeitintervall X etc. vorgebbare Werte für die Aufteilung des gesamten Abgasvolumenstroms auf die Abgasteilströme darstellenden Strömungen V1, V2, V3 und V4 berechnet.
Mit anderen Worten werden bei dem dritten Schritt S3 jeweilige Klappenstellungen der Klappen 40 und 42 in Abhängigkeit von den beim Schritt S2 ermittelten Ergebnissen sowie ein Betriebsmodus insbesondere hinsichtlich eines Thermomanagements der Verbrennungskraftmaschine 12 für das in der Zukunft liegende Zeitintervall X berechnet. Mit anderen Worten können ergänzend zur Ansteuerung der Klappen 40 und 42 Thermomanagement-Maßnahmen ergriffen werden. Das Zeitintervall X kann auch zeitlich variabel gewählt werden.
Ist beispielsweise T_AGN kleiner als Y, was beispielsweise während eines Kaltlaufs der Fall ist, so wird ein in 2 gezeigter Bypass-Betrieb eingestellt. In diesem Bypass-Betrieb werden die Klappen 40 und 42 in ihre Schließstellungen gestellt, sodass das gesamte Abgas sowohl die Umgehungsleitung 34 als auch die Umgehungsleitung 36 und nicht etwa den Wärmetauscher 28 umströmt. Dies bedeutet, dass das Abgas den Wärmetauscher 28 sowohl stromauf des Katalysators 18 als auch stromab des Katalysators 18 umgeht. Ist beispielsweise T_AGN größer als Y und liegt ein Niederlastbetrieb, beispielsweise mit weniger als 25 bis 35 Prozent der Nennlast, vor, so wird ein in 3 gezeigter Wärmetauscherbetrieb eingestellt. In diesem Wärmetauscherbetrieb werden die Klappen 40 und 42 in ihre Offenstellungen gestellt, sodass das gesamte Abgas den Wärmetauscher 28 sowohl stromauf des Katalysators 18 als auch stromab des Katalysators 18 durchströmt. Wie in 3 durch gestrichelte Richtungspfeile veranschaulicht ist, erfolgt hierbei ein Wärmeübergang von der ersten Strömung über den Wärmetauscher 28 an die zweite Strömung, sodass die zweite Strömung stromauf des Katalysators 18 mittels der ersten Strömung stromab des Katalysators 18 erwärmt wird. Insgesamt ist erkennbar, dass im Bypass-Betrieb lediglich die Strömungen V1 und V3 vorliegen, wobei im Wärmetauscherbetrieb lediglich die Strömungen V2 und V4 vorliegen.
Ist beispielsweise T_AGN größer als Y und liegt eine Überlandfahrt vor, insbesondere auf einer Autobahn oder einer Schnellstraße, und ist die Beladung des Partikelfilters 20 6 Gramm pro Liter Filtervolumen oder mehr, so wird ein Mischbetrieb aus dem Bypass-Betrieb und dem Wärmetauscherbetrieb mit einer solchen Aufteilung der jeweiligen Strömungen gewählt, dass der Abgasgegendruck kleiner oder gleich einem vorgebbaren Grenzwert ist. Hierdurch wird ein gegendruckoptimierter Betrieb eingestellt.
Ist beispielsweise T_AGN größer als Y und liegt eine Überlandfahrt vor, insbesondere auf einer Autobahn oder einer Schnellstraße, und beträgt die Beladung des Partikelfilters 20 größer als 6 Gramm pro Liter, so wird der Wärmetauscherbetrieb eingestellt. Hierbei kommt es zu einer insbesondere erhöhten NO₂-Bildung, und es wird eine kontinuierliche Regeneration des Partikelfilters 20 durch Rußabbrand mit NO₂-CRT-Effekt durchgeführt (CRT – Continuous Regeneration Trap).
Ist beispielsweise T_AGN größer als Y und liegt eine Überlandfahrt, insbesondere auf einer Autobahn oder Schnellstraße, vor, wird jedoch im Zeitintervall X ein Niederlastbetrieb mit einer Dauer von 5 bis 10 Minuten erwartet, so wird der Wärmetauscherbetrieb eingestellt. Zusätzlich werden Thermomanagement-Maßnahmen durchgeführt (Änderung KE-Parameter, Anstellen einer Abgas-Stauklappe), um das Temperaturniveau zu erhöhen. Dadurch kann Wärme vorgehalten werden, indem gespeicherte Wärmeenergie erhöht werden kann.
Wird beispielsweise auf der im Zeitintervall X erwartungsgemäß zu durchfahrenden Strecke ein verringerter Fahrwiderstand ermittelt, beispielsweise durch Stau oder in einem Stadtbetrieb, dann wird der Wärmetauscher 28 vorzugsweise derart angesteuert, dass für das entsprechende Fahrzustandskollektiv ein Optimum der Kraftstoffeffizienz und des Katalysatorwirkungsgrad, das heißt eine vergleichsweise hohe Temperatur des Katalysators 18 erreicht wird. Thermomanagement-Maßnahmen werden bevorzugt in einem Bereich hohen Motorwirkungsgrades gelegt, da diese bei erhöhter Motorlast deutlich verbrauchsgünstiger durchgeführt werden können. Beispielsweise kann als Thermomanagement-Maßnahme eine Kraftstoff-Nacheinspritzung und/oder eine Sekundärkraftstoffeinspritzung in die Abgasanlage 10 erfolgen, wodurch bei einer katalytisch beschleunigten exothermen Reaktion die Abgastemperatur erhöht wird. So kann für einen folgenden Niedriglastzyklus die Temperatur vorgehalten, das heißt gespeichert werden beziehungsweise die erzeugte Wärmeenergie aufgrund der hohen – sowohl spezifischen als auch absoluten – Wärmekapazität des Katalysators 18 gespeichert werden.
Weitere Vorteile des Verfahrens sind, dass die Dosierstrategie zum Eindosieren der Harnstofflösung besonders einfach durchgeführt werden kann, da das Ammoniak-Speichervermögen des SCR-Katalysators 22 von der Temperatur abhängig ist. Desorptions- beziehungsweise Adsorptionsprozesse sind weniger ausgeprägt und haben weniger Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des SCR-Katalysators 22. Die Dosierfreigabe zum Eindosieren der Harnstofflösung ist ebenfalls temperaturabhängig. Höhere Temperaturen beziehungsweise eine Vermeidung von geringen Temperaturen führen zu einem höheren zeitlichen Anteil, in dem die Harnstofflösung eindosiert werden kann. Die Leistungsfähigkeit von Katalysatoren wird erhöht, da bei Lastabfall diese nicht so stark ausgekühlt werden. Ferner wird der Stickstoffdioxid-Gehalt (NO₂-Gehalt) im Abgas erhöht, sodass der CRT-Funktionsbetrieb verbessert wird. Ferner ist die Durchführung von thermischen Partikelfilterregenerationen erleichtert, und die Gefahr, dass sich die wässrige Harnstofflösung an der Abgasanlage 10 ablagert, kann aufgrund der hohen Abgastemperaturen besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus können die motorseitigen Thermomanagement-Maßnahmen gering gehalten werden. Im Rahmen solcher motorseitigen Thermomanagement-Maßnahmen erfolgen üblicherweise Kraftstoffeinspritzungen, sodass infolge der Verringerung dieser Thermomanagement-Maßnahmen der Kraftstoffverbrauch der Verbrennungskraftmaschine 12 besonders gering gehalten werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2005/0252202 A1 [0002]
EP 0859132 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (12) eines Kraftwagens, mit wenigstens einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine (12) durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) zum Reinigen des Abgases und mit wenigstens einem stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer ersten Strömung (V4) des Abgases und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer zweiten Strömung (V2) des Abgases durchströmbaren Wärmetauscher (28) für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen (V2, V4), wobei eine Ventileinrichtung (38) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens eine der Strömungen (V2, V4) in Abhängigkeit von wenigstens einem einen zu erwartenden Zustand der Verbrennungskraftmaschine (12) charakterisierenden Parameter eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter mittels einer Navigationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von wenigstens einer Position des Kraftwagens ermittelt wird, welche mittels der Navigationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von einer mittels der Navigationseinrichtung geplanten Fahrtroute ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von der Topografie der geplanten Fahrtroute ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Navigationseinrichtung ein Fahrweg, entlang welchem der Kraftwagen gegenwärtig bewegt wird, ermittelt wird, wobei in einer Speichereinrichtung, insbesondere des Kraftwagens, Daten gespeichert sind, die eine zeitlich vor der gegenwärtigen Bewegung des Kraftwagens erfolgte Bewegung des Kraftwagens entlang des Fahrwegs charakterisieren, gespeichert sind und wobei der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von den gespeicherten Daten ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Parameter in Abhängigkeit von einer zu erwartenden Verkehrssituation ermittelt wird, welche mittels einer Kommunikationseinrichtung des Kraftwagens bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strömung (V2, V4) mittels der Ventileinrichtung (38) in Abhängigkeit von einer Partikelbeladung eines Partikelfilters (20) der Abgasanlage (10) eingestellt wird.
Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, mit wenigstens einer von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) zum Reinigen des Abgases und mit wenigstens einem stromab der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer ersten Strömung (V4) des Abgases und stromauf der Abgasnachbehandlungseinrichtung (18) von wenigstens einer zweiten Strömung (V2) des Abgases durchströmbaren Wärmetauscher (28) für einen Wärmeaustausch zwischen den Strömungen (V2, V4), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung (38) vorgesehen ist, mittels welcher wenigstens eine der Strömungen (V2, V4) einstellbar ist.
Abgasanlage (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben der Ventileinrichtung (38) eine Recheneinrichtung vorgesehen ist, welche zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.