DE102018207208A1 - Motor vehicle with an exhaust gas aftertreatment device arranged in the exhaust system - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine (2) mit einem nachgeschalteten Abgasstrang (3), sowie wenigstens ein dem Abgasstrang (3) zugeordnetes steuerbares Heizelement (6) und wenigstens eine im Abgasstrang (3) angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung (4), wobei wenigstens ein der Brennkraftmaschine (2) zugeordnetes elektrisch betreibbares Verdichterelement (8), über das der laufenden oder nicht laufenden Brennkraftmaschine (2) ein Gas zuführbar ist, über eine Bypassleitung (10) mit dem Abgasstrang (3) zum Zuführen eines über das Heizelement (6) erwärmbaren Gases bei nicht laufender oder im Schubbetrieb arbeitender Brennkraftmaschine (2) verbunden ist. Motor vehicle comprising an internal combustion engine (2) with a downstream exhaust line (3), and at least one controllable heating element (6) associated with the exhaust line (3) and at least one exhaust after-treatment device (4) arranged in the exhaust line (3), wherein at least one of the internal combustion engine ( 2) associated electrically operable compressor element (8) via which the running or non-running internal combustion engine (2), a gas can be supplied via a bypass line (10) with the exhaust line (3) for supplying a via the heating element (6) heatable gas not running or in overrun internal combustion engine (2) is connected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem nachgeschalteten Abgasstrang, sowie wenigstens ein dem Abgasstrang zugeordnetes steuerbares Heizelement und wenigstens eine im Abgasstrang angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung.The invention relates to a motor vehicle, comprising an internal combustion engine with a downstream exhaust gas line, and at least one controllable heating element associated with the exhaust gas line and at least one exhaust gas after-treatment device arranged in the exhaust gas line.
Moderne Kraftfahrzeuge verfügen üblicherweise über wenigstens eine im Abgasstrang angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung in Form eines Katalysators, die der Reinigung des Abgases, das bei der Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkraftmaschine entsteht, erzeugt wird, dient, das heißt, dass sie der Reduzierung etwaiger im Abgas enthaltener Schadstoffe dient. Eine optimale Reinigungsleistung zeigt der Katalysator bei hinreichender Temperatur, die mehrere 100 °C beträgt, wobei die Katalysatoraufheizung über das heiße Gas erfolgt. Damit der Katalysator jedoch bereits unmittelbar nach dem Start funktionsfähig ist und seine Starttemperatur von ca. 250 °C erreicht, ist es bekannt, ihm ein elektrisch betreibbares Heizelement zuzuordnen, beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung. Ein Beispiel hierfür ist aus
Bei dem aus
Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, ein demgegenüber verbessertes Kraftfahrzeug anzugeben.The invention is thus based on the problem of specifying a motor vehicle which is improved by comparison.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes elektrisch betreibbares Verdichterelement, über das der laufenden oder nicht laufenden Brennkraftmaschine ein Gas zuführbar ist, über eine Bypassleitung mit dem Abgasstrang zum Zuführen eines über das Heizelement erwärmbaren Gases bei laufender, nicht laufender oder im Schubbetrieb arbeitender Brennkraftmaschine verbunden ist.To solve this problem, it is provided according to the invention in a motor vehicle of the type mentioned above that a gas can be fed to the internal or non-running internal combustion engine, via a bypass line with the exhaust line for supplying a heatable via the heating element Gas in running, not running or operating in overrun internal combustion engine is connected.
Die Erfindung sieht vor, dem Abgasstrang bei nicht arbeitender Brennkraftmaschine zur Temperaturkonditionierung des Abgasstrangs und der darin befindlichen Abgasreinigungskomponenten oder sonstigen zu temperierenden Bauteile aktiv ein Gas zuzuführen, das über das zeitgleich betriebene Heizelement erwärmt wird. Hierüber wird ein Gasmassenstrom durch den Abgasstrang sichergestellt, der, nachdem das Heizelement der wenigstens eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, also z. B. dem Katalysator vorgeschaltet ist, mithin also in einen vorderen Bereich des Abgassystems angeordnet ist, über das Heizelement erwärmt und als heißes Gas durch den Abgasstrang strömt, wobei hierbei die entsprechenden Reinigungskomponenten und Funktionskomponenten erwärmt werden, ohne dass die Brennkraftmaschine arbeitet. Dieser aktiv erwärmte Gasmassenstrom ermöglicht somit eine gezielte Temperaturerhöhung innerhalb des Abgasstrangs respektive an den entsprechenden Abgasbehandlungskomponenten wie Katalysatoren und Ventilen, Klappen, etc., so dass diese bei einem nachfolgenden Start der Brennkraftmaschine, wenn also tatsächliches zu reinigendes Abgas erzeugt wird, bereits ihre Starttemperatur oder Betriebstemperatur erreicht haben und demzufolge entweder den Reinigungsprozess vornehmen können, oder aber, was ihre Funktion angeht, temperaturoptimiert sind. Insgesamt kann so bereits beim Motorstart ein wirkungsgradoptimales Temperaturniveau im Abgasstrang erreicht werden, einerseits hinsichtlich der Reinigungseffizienz, andererseits hinsichtlich der Vermeidung von Versottungsproblemen durch das Abgas und Ähnliches.The invention provides for actively supplying a gas to the exhaust gas line when the internal combustion engine is not operating for temperature conditioning of the exhaust gas line and the exhaust gas cleaning components or other components to be tempered, which is heated via the heating element operated at the same time. Hereby, a gas mass flow is ensured by the exhaust system, which, after the heating element of the at least one exhaust aftertreatment device, ie, for. B. is upstream of the catalyst, that is therefore arranged in a front region of the exhaust system, heated by the heating element and flows as hot gas through the exhaust line, in which case the corresponding cleaning components and functional components are heated, without the internal combustion engine is working. This actively heated gas mass flow thus enables a targeted increase in temperature within the exhaust line or to the corresponding exhaust treatment components such as catalysts and valves, flaps, etc., so that these already at a subsequent start of the internal combustion engine, so if actual to be cleaned exhaust gas is generated, their starting temperature or Have reached operating temperature and therefore can either make the cleaning process, or as far as their function, temperature optimized. Overall, an efficiency-optimal temperature level in the exhaust gas line can already be achieved at the engine start, on the one hand with regard to the cleaning efficiency, on the other hand with regard to the avoidance of sooting problems by the exhaust gas and the like.
Die aktive Gaszufuhr über das wenigstens eine elektrisch betreibbare Verdichterelement in den Abgasstrang kann aber nicht nur bei nicht laufender Brennkraftmaschine zur Temperaturkonditionierung erfolgen, sondern auch bei im Schubbetrieb arbeitender Brennkraftmaschine. In diesem Fall kann bei gleichzeitig zugeschaltetem Heizelement durch diesen aktiven Gasmassenstrom eine Aufrechterhaltung des Temperaturniveaus im Abgasstrang erreicht werden, nachdem im Schubbetrieb kein Abgas in den Abgasstrang gelangt, das das Temperaturniveau halten könnte.The active gas supply via the at least one electrically operable compressor element in the exhaust system can be done not only when not running internal combustion engine for temperature conditioning, but also when operating in overrun internal combustion engine. In this case, with the heating element switched on at the same time, maintaining the temperature level in the exhaust gas line can be achieved by means of this active gas mass flow after exhaustive operation, no exhaust gas enters the exhaust system, which could keep the temperature level.
Die Temperaturkonditionierung kann bei nicht arbeitender Brennkraftmaschine aber nicht nur zur gezielten Erwärmung erfolgen, sondern auch für eine Temperaturabsenkung, nämlich dann, wenn das Kraftfahrzeug abgestellt wird und die Abgasstrangkomponenten sehr heiß sind. Durch das gezielte Zuführen von temperierter Luft kann das Temperaturniveau rasch abgesenkt werden, ohne der Gefahr, dass durch Zufuhr nicht vorgewärmten Gases der Temperaturgradient innerhalb des Abgasstrangs zu groß wird und es zu Schäden an den noch heißen Abgasstrangkomponenten kommt.The temperature conditioning can be done not only for internal combustion engine but not only for targeted heating, but also for a temperature drop, namely, when the motor vehicle is turned off and the exhaust gas system components are very hot. By selectively supplying tempered air, the temperature level can be lowered rapidly, without the risk that by supplying non-preheated gas, the temperature gradient within the exhaust line is too large and there is damage to the still hot exhaust gas components.
Ein zentrales Element ist, wie beschrieben, das wenigstens eine der Brennkraftmaschine zugeordnete elektrisch betreibbare Verdichterelement, das üblicherweise in der Ansaugluftstrecke der Brennkraftmaschine integriert ist und dazu dient, aktiv Luft in die Ansaugluftstrecke zu fördern. Beispielsweise wird hierzu ein Strömungs- oder Verdrängungsverdichter vorgesehen. Dieses Verdichterelement wird nun in den vorstehend beschriebenen Betriebssituationen, wo es nicht benötigt wird, um der Brennkraftmaschine Gas respektive Luft zuzuführen dazu genutzt, das Gas respektive die Luft in den Abgasstrang zu fördern, wozu das Verdichterelement über eine entsprechende Bypassleitung mit dem Abgasstrang verbunden ist. Das heißt, dass eine ohnehin vorhandene Komponente, nämlich das wenigstens eine Verdichterelement, in diesen Betriebssituationen in einer zweiten Funktion genutzt wird, nämlich einen aktiven Gasmassenstrom durch den Abgasstrang zu schieben.A central element is, as described, the at least one of the internal combustion engine associated electrically operable compressor element, which is usually integrated in the intake air path of the internal combustion engine and serves to actively promote air in the intake air path. For example, a flow or displacement compressor is provided for this purpose. This compressor element is now in the operating situations described above, where it is not required to supply the engine gas or air used to promote the gas or the air in the exhaust system, to which the compressor element is connected via a corresponding bypass line to the exhaust system. This means that an already existing component, namely the at least one compressor element, is used in these operating situations in a second function, namely to push an active gas mass flow through the exhaust gas line.
Um sicherzustellen, dass das von dem Verdichterelement geförderte Gas respektive die Luft in den entsprechenden Betriebssituationen dem Abgasstrang und nicht dem Ansaugtrakt und damit der Brennkraftmaschine zugeführt wird, ist es zweckmäßig, die Ein- und Auslassventile des Motors zu schließen, so dass der Strömungsweg durch den Motor quasi geschlossen ist und die Luft oder das Gas über den Bypass zum Abgasstrang führt. Zweckmäßigerweise kann hierfür auch alternativ oder zusätzlich eine schaltbare Ventilanordnung vorgesehen sein, über die das Verdichterelement mit der Brennkraftmaschine und der Bypassleitung verbunden ist, die also, ohne dass die motorseitigen Einlass- und Auslassventile betätigt werden, die entsprechende Strömungswegsteuerung vornimmt. Hierüber kann sichergestellt werden, dass in jedem Fall der erforderliche Gas- oder Luftmassendurchsatz durch den Abgasstrang erreicht wird.To ensure that the gas supplied by the compressor element or the air is supplied to the exhaust line and not the intake tract and thus the internal combustion engine in the corresponding operating situations, it is expedient to close the intake and exhaust valves of the engine, so that the flow path through the Engine is virtually closed and the air or gas via the bypass leads to the exhaust system. Conveniently, this can also be alternatively or additionally provided a switchable valve arrangement, via which the compressor element is connected to the internal combustion engine and the bypass line, which thus, without the engine-side intake and exhaust valves are actuated, performs the corresponding flow path control. This can be ensured that in each case the required gas or air mass flow rate is achieved through the exhaust system.
Das Heizelement selbst kann beispielsweise ein elektrisches Heizelement sein, das beispielsweise am Katalysator selbst angeordnet ist, und zu dessen Erwärmung dient. Da über den Gas- oder Luftmassenstrom erreicht wird, dass das hierüber Gas durch den gesamten Abgasstrang zur Konditionierung strömt, ist ein am in Strömungsrichtung ersten Katalysator angeordnetes Heizelement bereits ausreichend. Es muss aber nicht unmittelbar am Katalysator sein, sondern kann auch an anderer, vorgeschalteter Position am oder im Abgasstrang vorgesehen sein.The heating element itself may for example be an electric heating element, which is arranged for example on the catalyst itself, and serves to heat it. Since it is achieved via the gas or air mass flow that this gas flows through the entire exhaust gas line for conditioning, a heating element arranged on the first catalytic converter in the flow direction is already sufficient. But it does not have to be directly on the catalyst, but can also be provided at another, upstream position on or in the exhaust system.
Bei einem elektrischen Heizelement kann es sich beispielsweise um eine Heizeinrichtung mit einer Glühwendel oder um einen direkt bestromtes Katalysatorbauteil handeln.An electrical heating element can be, for example, a heating device with an incandescent filament or a directly energized catalyst component.
Alternativ kann auch ein Heizelement, das einen einen Brennstoff verbrennende Brennereinrichtung aufweist oder als solche ausgeführt ist, verwendet werden. Diese Brennereinrichtung, die bevorzugt über eine Leitung mit einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs verbunden ist, verbrennt diesen Kraftstoff, sei er flüssig, sei er gasförmig, um das über die Bypassleitung zugeführte Gas zu erwärmen.Alternatively, a heating element having a fuel burning burner device or embodied as such may also be used. This burner device, which is preferably connected via a line to a fuel tank of the motor vehicle, burns this fuel, be it liquid, be it gaseous, in order to heat the gas supplied via the bypass line.
Der Betrieb des Verdichterelements und des Heizelements wird zweckmäßigerweise über eine gemeinsame Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines eine zukünftige Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder einen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine anzeigenden Information gesteuert, wobei hierzu aber auch separate Steuerungseinrichtungen genutzt werden können. Das heißt, dass fahrzeugseitig entsprechende Informationen erfasst werden, die einen jeweiligen zukünftigen Betriebsmodus, der eine aktive Temperaturkonditionierung des Abgasstrangs erfordert, anzeigen, in Abhängigkeit welcher sodann die entsprechende Steuerung des Verdichterelements- und des Heizelementbetriebs erfolgt. Als eine solche Information kann beispielsweise das Entriegeln einer Fahrzeugtür durch den Fahrer selbst, dienen, oder das tatsächliche aktive Öffnen der Fahrzeugtür durch den Fahrer. Alternativ kann auch das Entriegelungssignal eines Funksendeschlüssels, über das die Türen oder Klappen des Fahrzeugs entriegelt werden, dienen. Alternativ können dies auch prädiktive Fahrzeugfunktionen bzw. -informationen, die Schub- oder Motorstillstand ankündigen, sein. Wird eine solche Information erfasst, dient dies als Triggersignal, um die entsprechenden, der Vorheizung dienenden Komponenten anzusteuern.The operation of the compressor element and the heating element is expediently controlled via a common control device as a function of at least one of a future commissioning of the internal combustion engine or a coasting operation of the internal combustion engine information indicating, but this also separate control devices can be used. That is, corresponding information is acquired on the vehicle side, indicating a respective future operating mode requiring active temperature conditioning of the exhaust line, depending on which then the corresponding control of the compressor element and the Heizelementbetriebs takes place. As such information, for example, the unlocking of a vehicle door by the driver itself, serve, or the actual active opening of the vehicle door by the driver. Alternatively, the unlocking signal of a radio key, via which the doors or flaps of the vehicle are unlocked serve. Alternatively, this may also be predictive vehicle functions or information announcing overrun or engine stall. If such information is detected, this serves as a trigger signal to control the corresponding, the preheating serving components.
Neben dem Kraftfahrzeug selbst betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem nachgeschalteten Abgasstrang sowie wenigstens ein dem Abgasstrang zugeordnetes steuerbares Heizelement und wenigstens eine im Abgasstrang angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mittels eines der Brennkraftmaschine zugeordneten elektrisch betreibbaren Verdichterelements, über das der laufenden Brennkraftmaschine ein Gas, insbesondere Luft bei nicht laufender oder im Schubbetrieb arbeitender Brennkraftmaschine dem Abgasstrang über eine Bypassleitung ein Gas, insbesondere Luft zugeführt wird, das mittels des der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgeschalteten Heizelements erwärmt wird.In addition to the motor vehicle itself, the invention further relates to a method for operating a motor vehicle comprising an internal combustion engine with a downstream exhaust line and at least one controllable heating element associated with the exhaust line and at least one arranged in the exhaust line Exhaust treatment device. The method is characterized in that by means of one of the internal combustion engine associated electrically operable compressor element via the current internal combustion engine, a gas, in particular air in non-running or in overrun internal combustion engine to the exhaust system via a bypass line, a gas, in particular air is supplied by of the exhaust gas aftertreatment device upstream heating element is heated.
Dabei kann das Verdichterelement über eine schaltbare Ventilanordnung mit der Brennkraftmaschine oder der Bypassleitung verbunden sein, wobei zum Zuführen des Gases zur Bypassleitung die Ventilanordnung geöffnet und nach Beendigung der Gaszufuhr wieder geschlossen wird. Sind beispielsweise die Ein- und Auslassventile des Motors in den entsprechenden Situationen, in denen die aktive Zusatzheizung erforderlich ist, geschlossen, so ist es ausreichend, nur zum Öffnen und Schließen des Bypasses ein entsprechendes Ventil vorzusehen. Sind die motorseitigen Ventile jedoch nicht geschlossen, so kann auch ein den Ansaugtrakt öffnendes und schließendes Ventil vorgesehen sein, das dann, wenn über den Bypass das Gas respektive die Luft dem Abgasstrang zugeführt werden soll, entsprechend geschlossen ist.In this case, the compressor element can be connected via a switchable valve arrangement with the internal combustion engine or the bypass line, wherein the valve arrangement is opened for supplying the gas to the bypass line and closed again after completion of the gas supply. If, for example, the inlet and outlet valves of the engine are closed in the corresponding situations in which the additional active heating is required, then it is sufficient to provide a corresponding valve only for opening and closing the bypass. However, if the engine-side valves are not closed, it is also possible to provide a valve which opens and closes the intake tract and which, when the gas or air is to be supplied to the exhaust gas line via the bypass, is correspondingly closed.
Als Heizelement kann ein elektrisches Heizelement, insbesondere ein an einem Katalysator angeordnetes Heizelement, oder eine einen Brennstoff verbrennende Brennereinrichtung verwendet werden, wobei die Brennereinrichtung zweckmäßigerweise über eine Leitung mit einem Kraftstofftank des Fahrzeugs verbunden ist.As heating element, an electrical heating element, in particular a heating element arranged on a catalytic converter, or a burner device burning a fuel can be used, wherein the burner device is expediently connected via a line to a fuel tank of the vehicle.
Der Betrieb des Verdichterelements und des Heizelements selbst wird zweckmäßigerweise über eine gemeinsame oder separate Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines eine zukünftige Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder einen Schubbetrieb der Brennkraftmaschine anzeigenden Information gesteuert, wobei hierfür beispielsweise das Entriegeln einer Fahrzeugtür, das Öffnen einer Fahrzeugtür oder das Entriegelungssignal eines Funksendeschlüssels verwendet wird.The operation of the compressor element and the heating element itself is suitably controlled via a common or separate control device as a function of at least one future commissioning of the internal combustion engine or an overrun of the internal combustion engine information indicating, for example, unlocking a vehicle door, the opening of a vehicle door or unlocking a Radio key is used.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.Further advantages and details of the present invention will become apparent from the embodiment described below and from the drawing.
Die einzige Figur zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
Der Brennkraftmaschine
Vorgesehen ist des Weiteren im gezeigten Beispiel eine gemeinsame Steuerungseinrichtung
Gestützt auf diese Information steuert die Steuerungseinrichtung
Wird beispielsweise ein anstehender Motorstart erfasst, so kann vor dem Starten des Motors aktiv ein Luftmassenstrom durch den Abgasstrang
Sobald die Brennkraftmaschine
Vorstehend ist ausgeführt, dass es sich bei dem Heizelement
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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