DE102015209182A1 - Verfahren zur Kühlung einer Abgas-Reinigungsvorrichtung, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Computer-Programm und Computer-Programmprodukt - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer in einem Abgaskanal (32) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgas-Reinigungsvorrichtung (40). Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil einer Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung (52), die in einem stromaufwärts vor einer Turbine (38) eines Abgas-Turboladers (20) am Abgaskanal (32) angeschlossenen Abgasrückführung (50) auftritt, nach Durchlaufen eines Kühlers (56) als Kühlungsströmung (66) der Abgasströmung (36) stromabwärts nach der Turbine (38) und stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung (40) zugemischt wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Abgas-Reinigungsvorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computer-Programm, mit dessen Hilfe die Kühlung der Abgas-Reinigungsvorrichtung durchgeführt wird, sowie ein Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens.
  • In der Offenlegungsschrift DE 101 18 878 A1 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgaskanal ein Katalysator angeordnet ist. Zur Verminderung der NOx-Roh-Emissionen der Brennkraftmaschine ist eine Abgasrückführung vorgesehen. Eine Auskühlung des Katalysators während des Schiebebetriebs eines Kraftfahrzeugs bei welchem die Brennkraftmaschine ohne Zufuhr von Kraftstoff angetrieben wird, soll durch eine Erhöhung der Abgasrückführrate verhindert werden.
  • Die Offenlegungsschrift DE 10 2007 001 553 A1 beschreibt eine Abgasrückführung, die einen Kühler zur Abkühlung der Abgasrückführungs-Strömung aufweist.
  • Abgas-Reinigungsvorrichtungen, wie beispielsweise ein Oxidations-Katalysator, ein Dreiwege-Katalysator, ein SCR-Katalysator und/oder ein NOx-Speicherkatalysator weisen jeweils eine hohe Konvertierungsfähigkeit auf, wenn der Katalysator in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben wird. Die NOx-Speicherfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators ist in einem bestimmten Temperaturbereich maximal. Bei unzulässig hohen Temperaturen muss mit einer irreparablen Schädigung der Katalysatoren gerechnet werden.
  • Eine hohe Temperaturbelastung von Katalysatoren tritt beispielsweise bei einer hohen Last der Brennkraftmaschine auf, in deren Abgaskanal mindestens ein derartiger Katalysator angeordnet ist. Eine hohe Temperaturbelastung kann jedoch auch dann auftreten, wenn im Abgaskanal ein Partikelfilter angeordnet ist, das bei einer vergleichsweise hohen Temperatur von den eingelagerten Partikeln mittels einer exothermen Reaktion gereinigt wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche mit einfachen Mitteln eine Kühlung einer Abgas-Reinigungsvorrichtung ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch sowie im nebengeordneten Vorrichtungsanspruch angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorgehensweise zur Kühlung einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgas-Reinigungsvorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil der Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung, die in einem stromaufwärts vor einer Turbine eines Abgas-Turboladers am Abgaskanal angeschlossenen Abgasrückführung auftritt, nach Durchlaufen eines Kühlers als Kühlungsströmung der Abgasströmung stromabwärts nach der Turbine des Abgas-Turboladers und stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung zugemischt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht das Betreiben der Abgas-Reinigungsvorrichtung in einem optimalen Temperaturbereich und verhindert insbesondere eine schädliche Überhitzung der Abgas-Reinigungsvorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann mit einfachen Mitteln realisiert werden, wobei insbesondere auf bereits vorhandene Abgas-Komponenten zurückgegriffen werden kann.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sind jeweils Gegenstände von abhängigen Verfahrensansprüchen.
  • Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlungsströmung gezielt vorgegeben wird. Die Möglichkeit einer Einstellung der Kühlungsströmung ermöglicht eine Berücksichtigung der Erfordernisse der Abgasrückführung zum Vermindern der NOx-Roh-Emissionen der Brennkraftmaschine und ermöglicht darüber hinaus eine gezielte Dosierung der dem Abgasstrom zugemischten Kühlungsströmung.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlungsströmung in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung vorgegeben wird. Mit dieser Maßnahme wird eine Einstellung der Kühlungsströmung zum Betreiben der Abgas-Reinigungsvorrichtung zumindest innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs im gesteuerten oder geregelten Betrieb möglich.
  • Eine vorteilhafte alternative oder zusätzliche Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass die Kühlungsströmung in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine vorgegeben wird. Mit dieser Maßnahme kann voreilend gegen eine absehbare Überhitzung der Abgas-Reinigungsvorrichtung agiert werden.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass zumindest ein Maß für die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung mittels eines Temperatursensors gemessen wird. Der Temperatursensor kann beispielsweise die Abgastemperatur messen, die stromaufwärts am Eingang der Abgas-Reinigungsvorrichtung auftritt, die bereits ein Maß für die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung widerspiegelt. Der Temperatursensor kann jedoch auch in der Abgas-Reinigungsvorrichtung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich zur Messung der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung mittels eines Temperatursensors kann auch eine Schätzung der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung anhand eines Temperaturmodells vorgenommen werden. Den Schätzwert kann beispielsweise die Last der Brennkraftmaschine zugrunde gelegt werden, die zumindest von der Ansaug-Luftströmung und von der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmasse abhängt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht ein speziell hergerichtetes Steuergerät vor, welches in der Lage ist, die einzelnen Verfahrensschritte durchzuführen und die erforderlichen Aktionen zu veranlassen.
  • Ein elektrisch einstellbares Ventil ermöglicht eine variable Vorgabe der Kühlungsströmung in Abhängigkeit von berechneten und/oder gemessenen Größen, wie beispielsweise der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung oder der Last der Brennkraftmaschine.
  • Das erfindungsgemäße Computer-Programm sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn es auf einem Computer abläuft.
  • Das erfindungsgemäße Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode führt das erfindungsgemäße Verfahren aus, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus der Beschreibung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Zeichnung
  • Die Figur zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die Figur zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 12 eine Ansaug-Luftströmung 14 und eine Ansaug-Strömung 16 auftreten. Im Ansaugbereich 12 sind ein Kompressor 18 eines Abgas-Turboladers 20, ein Ladeluft-Kühler 22 sowie eine Drosselklappe 24 angeordnet.
  • Im Abgasbereich 30 der Brennkraftmaschine 10 treten in einem Abgaskanal 32 eine Gesamt-Abgasströmung 34 sowie eine Abgasströmung 36 auf. Im Abgasbereich 30 sind eine Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20 sowie eine Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 angeordnet. Die Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 kann mehrere Komponenten wie beispielsweise einen SCR-Katalysator 42 und/oder einen NOx-Speicherkatalysator 44 enthalten. Darüber hinaus kann ein nicht näher gezeigtes Partikelfilter im Abgaskanal 32 angeordnet sein.
  • Vorgesehen ist eine Abgasrückführung 50, die stromaufwärts vor der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20 am Abgaskanal 32 angeschlossen ist. In der Abgasrückführung 50 tritt eine Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung 52 und eine Abgasrückführungs-Strömung 54 auf. In der Abgasrückführung 50 sind, betrachtet in Strömungsrichtung der Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung 52 bzw. der Abgasrückführungs-Strömung 54, zunächst ein Kühler 56 und dann ein Abgasrückführungsventil 58 angeordnet.
  • Stromabwärts nach dem Kühler 56 ist eine Abzweigung 60 vorgesehen, an welcher ein Kühlungszweig 62 angeschlossen ist, der zu einem T-Stück 64 führt, welches stromabwärts nach der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20, jedoch noch stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 im Abgaskanal 32 angeordnet ist. Im Kühlungszweig 62 tritt eine Kühlungsströmung 66 auf, die der stromabwärts nach der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20 auftretenden Abgasströmung 36 zugemischt wird. Im Kühlungszweig 62 ist ein elektrisch ansteuerbares Ventil 68 vorgesehen.
  • Vorgesehen ist ein Steuergerät 70, welches dem elektrisch ansteuerbaren Ventil 68 ein Ansteuersignal 72 zur Verfügung stellt. Dem Steuergerät 70 werden ein von einem Temperatursensor 74 bereitgestelltes Temperatur-Messsignal 76, ein von einem Temperaturmodell 78 berechnetes Schätzwert-Temperatursignal 80 sowie ein von einer Lastermittlung 82 bereitgestelltes Lastsignal 84 zur Verfügung gestellt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
    Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Betreiben der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40, die wenigstens einen Katalysator 42, 44 enthält, in einem vorgegebenen Temperaturbereich und vermeidet insbesondere eine schädliche Überhitzung der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 mittels einer gegebenenfalls vorgesehenen Zumischung der Kühlungsströmung 66 zur Abgasströmung 36, die stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 vorliegt. Die Zumischung erfolgt über das T-Stück 64.
  • Ein in der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 enthaltener SCR-Katalysator 42 und/oder ein NOx-Speicherkatalysator 44 werden vorzugsweise in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben. Ein SCR-Katalysator 42 weist ein temperaturabhängiges Reagenzmittel-Speichervermögen und ein temperaturabhängiges Konvertierungsvermögen auf. Ein NOx-Speicherkatalysator 44 weist ein temperaturabhängiges Konvertierungsvermögen und ein temperaturabhängiges NOx-Speichervermögen auf. Sämtliche Katalysatoren 42, 44 sind empfindlich gegenüber einer Übertemperatur, die zu einer schnellen Alterung führt, mit der Folge, dass das Konvertierungsvermögen bzw. das Speichervermögen abnimmt. Sofern die Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 ein Partikelfilter enthält, kann eine Kühlung der Katalysatoren 42, 44 dafür sorgen, dass die Katalysatoren 42, 44 möglichst schnell wieder in das optimale Konvertierungsfenster bzw. das optimale Temperaturfenster für das Speichervermögen gelangen können.
  • Die Kühlungsströmung 66 wird erfindungsgemäß von der Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung 52 an der Abzweigung 60 ausgekoppelt und stromabwärts nach der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20, jedoch noch stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 der Abgasströmung 36 zugemischt.
  • Vor der Abzweigung der Kühlungsströmung 66 wird die Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung im Kühler 56 gekühlt, sodass die Kühlungsströmung 66 ein niedrigeres Temperaturniveau als die Gesamt-Abgasströmung 34 bzw. die Abgasströmung 36 aufweist. Obwohl die Abgasströmung 36 aufgrund des Energieverlustes in der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20 bereits abgekühlt wird, kann mit der Kühlungsströmung 66 dennoch ein weiteres Abkühlen der Abgasströmung erreicht werden. Prinzipiell kann der beschriebene Kühler 56 oder auch ein zusätzlicher Kühler unmittelbar im Kühlungszweig 62 angeordnet sein.
  • Die Aufrechterhaltung der Kühlungsströmung 66 ist aufgrund des Druckabfalls an der Turbine 38 des Abgas-Turboladers 20 jederzeit gewährleistet.
  • Die Zumischung der Kühlungsströmung 66 zur Abgasströmung 36 am T-Stück 64 kann in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 erfolgen.
  • Ein Maß für die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 kann beispielsweise mittels des Temperatursensors 74 gemessen werden, wobei der Temperatursensor 74 stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 zur Messung der Temperatur der Abgasströmung 36 oder gemäß dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel in der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 positioniert sein kann. Der Temperatursensor 74 stellt dem Steuergerät 70 das Temperatur-Messsignal 76 zur Verfügung.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 mittels des Temperaturmodells 78 geschätzt werden, welches das Schätzwert-Temperatursignal 80 dem Steuergerät 70 zur Verfügung stellt. Das Temperaturmodell 78 kann beispielsweise die Last der Brennkraftmaschine 10 berücksichtigen, wobei die Last aus der erfassten Ansaug-Luftströmung 14 bzw. der Stellung der Drosselklappe 24 und der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoffmenge wenigstens näherungsweise berechnet werden kann. Das Schätzwert-Temperatursignal 80 liegt bereits vor, bevor der Temperatursensor 74 aufgrund der thermischen Trägheit des gesamten Systems einschließlich der des Temperatursensors 74 die tatsächliche Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 widerspiegelt. Das Schätzwert-Temperatursignal 80 ermöglicht daher bereits vorab die gegebenenfalls erforderliche Zumischung der Kühlungsströmung 66 zur Abgasströmung 36, sodass dem künftigen Temperaturanstieg in der Abgas-Reinigungsvorrichtung 40 unmittelbar entgegengewirkt werden kann.
  • Die Festlegung der Kühlungsströmung 66 erfolgt mit dem Ansteuersignal 72 des Ventils 68, welches das Steuergerät 70 bereitstellt. Das Ansteuersignal 72 vermindert oder vergrößert den Strömungsquerschnitt des Ventils 68.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Kühlungsströmung 66 unmittelbar abhängig von der Last der Brennkraftmaschine 10 festgelegt werden. Hierzu stellt die Lastermittlung 82 das Lastsignal 84 bereit. Wie bereits erwähnt, kann die Lastermittlung 82 die Last der Brennkraftmaschine 10 wenigstens näherungsweise aus der Ansaug-Luftströmung 14 und der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoffmenge abschätzen.
  • Zur Ermittlung der Last der Brennkraftmaschine 10 sowohl in dem Temperaturmodell 78 als auch in der Lastermittlung 82 können weiterhin sowohl die Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung 52 und die Abgasrückführungs-Strömung 54 als auch die Einflüsse des Ladeluft-Kühlers 22 und des Kühler 56 berücksichtigt werden. Hierbei wird eine höhere Abgasrückführungs-Strömung 54 sowie eine Erhöhung der Kraftstoffmenge zu einer Erhöhung der Last der Brennkraftmaschine 10 führen, während die Kühlung der Ansaug-Luftströmung 14 stromabwärts nach dem Kompressor 18 des Abgas-Turboladers 20 sowie die Kühlung der Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung 52 zur Verminderung der Last aufgrund der Temperaturabsenkung der Ansaug-Strömung 16 führt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10118878 A1 [0003]
    • DE 102007001553 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Kühlung einer in einem Abgaskanal (32) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgas-Reinigungsvorrichtung (40), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil einer Gesamt-Abgasrückführungs-Strömung (52), die in einer stromaufwärts vor einer Turbine (38) eines Abgas-Turboladers (20) am Abgaskanal (32) angeschlossenen Abgasrückführung (50) auftritt, nach Durchlaufen eines Kühlers (56) als Kühlungsströmung (66) der Abgasströmung (36) stromabwärts nach der Turbine (38) und stromaufwärts vor der Abgas-Reinigungsvorrichtung (40) zugemischt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsströmung (66) gezielt vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsströmung (66) in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung vorgegeben (40) wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlungsströmung (66) in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine (10) vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung (40) gemessen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Abgas-Reinigungsvorrichtung (40) anhand eines Temperaturmodells (78) geschätzt wird.
  7. Vorrichtung zur Kühlung einer in einem Abgasbereich (30) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Abgas-Reinigungsvorrichtung (40), dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät (70) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch ansteuerbares Ventil (68) zum Vorgeben der Kühlungsströmung (66) vorgesehen ist.
  9. Computer-Programm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt, wenn es auf einem Computer abläuft.
  10. Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10118878A1 (de) 2001-04-18 2002-10-31 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
DE102007001553A1 (de) 2007-01-10 2008-07-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Ladeluftkühler mit schaltbarer Wärmetauscherfläche

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