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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Aufheizen von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine, welche eine Abgasrückführeinrichtung und einen elektrisch angetriebenen Verdichter aufweist.
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Immer strengere gesetzliche Vorschriften machen es bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen zum einen erforderlich, die Rohemissionen, hervorgerufen durch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff- Gemisches in den Zylindern, so weit wie möglich zu senken. Zum anderen sind in Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die Schadstoffemissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
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Hierzu werden Abgaskatalysatoren eingesetzt, um eine Abgasnachbehandlung durchzuführen, um so Schadstoffemissionen in einem Abgas aus der Verbrennungskraftmaschine deutlich zu reduzieren. In dem Abgaskatalysator wird dabei eine chemische Umwandlung von Verbrennungsschadstoffen durch Oxidation bzw. Reduktion des jeweiligen Schadstoffes durchgeführt. Dazu weist der Abgaskatalysator in der Regel einen aktiven Katalysebereich auf, in dem die chemische Umwandlung - Katalyse - stattfindet.
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Die nötige Betriebstemperatur hierfür liegt zumeist in einem Bereich von etwa 300° C, da die Katalyse für eine effektive Abgasnachbehandlung eine bestimmte Mindesttemperatur benötigt.
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Um den Abgaskatalysator daher schnell auf diese benötigte Betriebstemperatur (light-off-Temperatur) zu bringen, werden beispielsweise verbrennungstechnische Maßnahmen durchgeführt, was jedoch zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Insgesamt führt ein höherer Anteil an Kaltstarts zu vermehrten Kaltstartemissionen und somit auch zu einem vermehrten Kraftstoffverbrauch.
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Als weiteres Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der Schadstoffemissionen werden bei modernen Kraftfahrzeugen verstärkt sogenannte Stopp/Start-Automatikeinrichtungen implementiert. Mit einer solchen Einrichtung kann eine, das Kraftfahrzeug antreibende Verbrennungskraftmaschine nicht nur mittels Betätigung des Zündschlüssels bzw. der Stopp/Start-Taste ein- und abgeschaltet werden, sondern auch unabhängig von einem Eingriff des Kraftfahrzeugführers. Das automatische Abschalten und automatische Starten erfolgt nur bei Vorhandensein bestimmter Abschaltbedingungen bzw. Vorhandensein bestimmter Einschaltbedingungen. Die Abschaltung der Verbrennungskraftmaschine geschieht dabei insbesondere in längeren Leerlaufphasen, in denen die Antriebskraft der Verbrennungskraftmaschine nicht benötigt wird. Auf diese Weise können, insbesondere im Stadtverkehr, beträchtliche Kraftstoffverbrauchseinsparungen erzielt und damit einhergehend der Ausstoß an Schadstoffemissionen reduziert werden. In den Stopp-Phasen gibt es aber prinzipbedingt keinen Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine, welcher die Abgasnachbehandlungsanlage auf Temperatur halten würde. Damit kann das Abgasnachbehandlungssystem auskühlen und bei einem nachfolgenden Start der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr die für eine ausreichende Konvertierung der Schadstoffe notwendige Temperatur aufweisen. Dadurch kommt es zu erhöhten Schadstoffemissionen.
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Eine weitere Möglichkeit den Kraftstoffverbrauch und damit die Schadstoffemissionen eines Kraftfahrzeuges zu reduzieren, stellt die sogenannte Hybridisierung dar. Dabei ist zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine eine elektrische Maschine als Antriebsquelle vorhanden. Um den Schadstoffausstoß möglichst gering zu halten, soll dabei die Verbrennungskraftmaschine soweit als möglich nicht betrieben werden. Das hat jedoch einen höheren Anteil an Fahrzeugbewegungen mit einer abgeschalteten Verbrennungskraftmaschine und damit einer kalten oder zumindest abgekühlten Abgasnachbehandlungsanlage zur Folge. Wird nach einem längeren Betrieb des Kraftfahrzeuges mittels der elektrischen Maschine wieder die Verbrennungskraftmaschine als Antriebsquelle benutzt, so ist aufgrund der ausgekühlten Abgasnachbehandlungsanlage der Schadstoffausstoß sehr hoch.
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Andererseits ist es auch möglich, einen elektrisch beheizbaren Abgaskatalysator einzusetzen (
DE 199 43 846 A1 ,
DE 10 2009 016 182 A1 ,
WO 96/10127 ). Derartige Abgaskatalysatoren weisen eine eigene Heizeinrichtung auf, welche elektrisch betrieben wird und den Abgaskatalysator schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur aufheizt. Ein Vorteil eines elektrisch beheizbaren Abgaskatalysators besteht darin, dass der Abgaskatalysator in einer sogenannten Katalysator-Kaltphase auch ohne Betrieb der Verbrennungskraftmaschine auf die nötige Betriebstemperatur gebracht werden kann. Dies spart Kraftstoff. Ein Nachteil bei derartigen Abgaskatalysatoren ist allerdings, dass aufgrund der nicht betriebenen Verbrennungskraftmaschine und damit fehlendem Abgasmassenstrom durch den Abgaskatalysator die lokal an der elektrischen Heizeinrichtung erzeugte Wärme nur unzureichend in den Abgaskatalysator transportiert wird und es zu einem starken Temperaturgefälle über den Abgaskatalysator, insbesondere über der elektrischen Heizeinrichtung, kommt. Dadurch kann es zur lokalen Überhitzung und zur Zerstörung der elektrischen Heizeinrichtung bzw. des Abgaskatalysators kommen.
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Zusätzlich zu den genannten Abgasnachbehandlungssystemen ist es bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt, eine Einrichtung zur externen Rückführung des Abgases in den Ansaugtrakt vorzusehen. Eine solche Abgasrückführung führt zur Senkung der Verbrennungsspitzentemperatur und damit zur Minderung der Emissionen von Stickoxiden. Bei Ottomotoren trägt die Abgasrückführung außerdem zu einer Senkung der Ladungswechselverluste bei und reduziert damit zusätzlich noch den Kraftstoffverbrauch im Teillastbereich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum effizienten elektrischen Aufheizen einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum elektrischen Aufheizen von Komponenten einer in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgasnachbehandlungsanlage, wobei die Verbrennungskraftmaschine eine Abgasturboaufladeeinrichtung mit einem Verdichter und einer Turbine, einen in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten elektrischen Verdichter, eine Hochdruckabgasrückführungseinrichtung und eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanlage oder innerhalb einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage angeordnete elektrische Heizeinrichtung aufweist. Hierzu wird überprüft, ob sich die Verbrennungskraftmaschine im ausgeschalteten Zustand befindet. Im Falle einer ausgeschalteten Verbrennungskraftmaschine wird der Wert für die Temperatur im Abgasstrang erfasst und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Bei einem Wert der Temperatur, der unterhalb dieses Schwellenwertes liegt, wird der elektrische Verdichter und die elektrische Heizeinrichtung eingeschaltet und der vom elektrischen Verdichter erzeugte Luftmassenstrom wird über eine offen gesteuerte Hochdruckabgasrückführungsleitung der Hochdruckabgasrückführungseinrichtung in den Abgasstrang stromaufwärts der elektrischen Heizeinrichtung eingeleitet Der elektrische Verdichter und die elektrische Heizeinrichtung werden wieder ausgeschaltet, wenn entweder der Wert der Temperatur den Schwellenwert erreicht hat oder die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb genommen wird.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Aufheizung einer im Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Komponente einer Abgasnachbehandlungsanlage erfolgen, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb sein muss. Die Aufheizung kann also insbesondere vor einem Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine als Vorheizstrategie oder bei einer ausgekühlten Abgasnachbehandlungsanlage nach einem längeren Betrieb des Kraftfahrzeuges mit einem alternativen Antrieb, beispielsweise eines Elektromotors bei einem Hybridfahrzeug oder nach einem Wiederstart bei einem Fahrzeug mit Stopp/Start-Einrichtung vorteilhaft eingesetzt werden.
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Durch die Heranziehung eines ohnehin zur Ladungserhöhung vorhandenen elektrischen Verdichters, beispielsweise in Form eines elektrischen Kompressors und einer Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung werden keine zusätzlichen Komponenten benötigt, was einen Beitrag zu einer kostengünstigen Lösung liefert.
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Werden während des Ansteuern des elektrisch angetriebenen Verdichters und der elektrischen Heizeinrichtung alle in dem Strömungsweg des von dem elektrischen Verdichter erzeugten Luftmassenstrom angeordnete Ventile und Drosselklappen vollständig geöffnet, so ist nur ein sehr geringer Strömungswiderstand für den geförderten Luftmassenstrom vorhanden und damit kann eine sehr rasche Aufheizung erfolgen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Aufladeeinrichtung, einer Abgasnachbehandlungsanlage, einer Hochdruck-Abgasrückführung und zugehöriger Steuerungseinrichtung; und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum elektrischen Aufheizen von Komponenten einer Abgasnachbehandlungsanlage einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
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Dabei sind nur diejenigen Komponenten dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung nötig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung der Kraftstoffzuführung und Kraftstoffverteilung verzichtet worden.
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Eine Verbrennungskraftmaschine VKM weist einen Ansaugtrakt 11, einen Motorblock 12, und einen Abgasstrang 13 auf.
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Der Ansaugtrakt 11 weist u.a. ein Luftfilter 14, eine Drosselklappe 15 und ein Saugrohr 16 auf, das hin zu den einzelnen Zylindern über Einlasskanäle in den Motorblock 12 geführt ist. Stromaufwärts der Drosselklappe 15 ist ein als Lastsensor dienender Luftmassenmesser 17 und ein Ansauglufttemperatursensor 18 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Luftmassenmesser 17 kann als Lastsensor auch stromabwärts der Drosselklappe 15 ein im Saugrohr 16 verbauter Saugrohrdrucksensor dienen (nicht dargestellt). Sind beide der genannten Sensoren vorhanden, so können die entsprechenden Signale plausibilisiert werden. Ebenso ist es möglich, dass der Ansauglufttemperatursensor 18 und der Drucksensor zu einer baulichen Einheit (Sensormodul) zusammengefasst sind. Bei der Drosselklappe 15 handelt es sich um eine sogenannte elektronische Drosselklappe (EGAS), deren Öffnungsgrad neben den Signalen, welche einen Fahrerwunsch entsprechen, auch unabhängig davon über elektrische Signale einer die Verbrennungskraftmaschine VKM steuernden und regelnden Steuerungseinrichtung 60 einstellbar ist.
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Der Abgasstrang 13 umfasst eine Abgasnachbehandlungsanlage 19, das einen oder mehrere Abgaskatalysatoren 20 aufweist. Je nach Art der Verbrennungskraftmaschine VKM kommen dabei als Abgaskatalysatoren z.B. Dreiwegekatalysatoren, SCR-Katalysatoren (Selektive Katalytische Reduktion), Vierwegekatalysatoren, Ottopartikelfilter, Dieselpartikelfilter, SCR-beschichtete Dieselpartikelfilter zum Einsatz. Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 19 ist im Abgastrakt 13 ein Temperatursensor 21 vorgesehen. Der Temperatursensor 21 kann auch in den Abgaskatalysator 20 integriert sein.
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Stromaufwärts und stromabwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 19 sind im Abgastrakt 13 Abgassensoren 27, 28 in Form von Lambdasensoren und/oder NOx-Sensoren vorhanden.
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Zur Erhöhung der Zylinderfüllung und damit zur Leistungssteigerung der Verbrennungskraftmaschine VKM ist ein Abgasturbolader vorgesehen, dessen Turbine 22 im Abgasstrang 13 angeordnet ist und über eine nur schematisch als strichlinierte Linie gezeigte Welle mechanisch in Wirkverbindung mit einem im Ansaugtrakt 11 angeordneten Verdichter 23 steht. Somit treiben die Abgase der Verbrennungskraftmaschine VKM die Turbine 22 an und diese wiederum den Verdichter 23. Der Verdichter 23 liefert der Verbrennungskraftmaschine VKM eine vorverdichtete Frischladung. Ein in der Regel dem Verdichter 23 nachgeschalteter Ladeluftkühler ist mit dem Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Um zu vermeiden, dass bei größeren Abgasmassenströmen, die bei hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine VKM auftreten können, der Abgasturbolader die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht überlädt, wird in diesem Lastbereich ein Teilstrom über eine Bypassleitung 25 (waste-gate), in das ein Bypassventil 26 eingeschaltet ist, an der Turbine 22 vorbei in den Abgasstrang 13 abgeführt. Das Bypassventil 26 ist in diesem Beispiel als ein elektromagnetisches Ventil ausgeführt.
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Stromaufwärts des Verdichters 23 des Abgasturboladers ist in dem Ansaugtrakt 11 ein elektrisch angetriebener Verdichter 19, beispielsweise ein elektrisch angetriebener Kompressor (eCompressor) eingeschaltet. Dieser dient u.a. zur Überbrückung des sogenannten Abgasturboloches, welches das schlechte Ansprechverhalten des Abgasturboladers bei bestimmten Betriebspunktwechseln der Verbrennungskraftmaschine VKM beschreibt. Der elektrisch angetriebene Verdichter 29 wird dabei jeweils dann zugeschaltet, wenn eine Aufladung durch eine Anforderung, in der Regel durch den Fahrer des mit der Verbrennungskraftmaschine VKM angetriebenen Fahrzeuges durch die Trägheit und die physikalischen Verhältnisse an dem konventionellen Abgasturbolader nicht gemäß dem gewünschten Komfort ausreichend schnell realisiert werden kann. In bevorzugter Weise ist der elektrisch angetriebene Verdichter 29 in seiner Drehzahl einstellbar, wodurch ein variabler Luftmassenstrom erzeugt werden kann. Der elektrisch angetriebene Verdichter 29 kann alternativ auch stromabwärts des Verdichters 23 des Abgasturboladers angeordnet sein.
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Als elektrisch angetriebener Verdichter ist im Rahmen der Erfindung auch eine elektrisch betriebene Spülluftpumpe zu verstehen oder allgemein ausgedrückt jede elektrisch antreibbare Komponente, welche einen Luftmassenstrom erzeugen kann.
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Der Verdichter 23 des Abgasturboladers weist eine Bypassleitung 30 auf, die mittels eines elektrisch ansteuerbaren Schubumluftventiles 31 geöffnet oder verschlossen werden kann. Auch der elektrische angetriebene Verdichter 29 weist eine Bypassleitung 32 auf, die mittels eines elektrisch ansteuerbaren Schubumluftventiles 33 geöffnet und geschlossen werden kann.
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Zum Rückführen eines Teils der Abgase ist eine Hochdruckabgasrückführleitung 34 vorgesehen, welche den Abgasstrang 13 mit dem Ansaugtrakt 11 derart verbindet, dass bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VKM Abgas stromaufwärts der Turbine 22 des Abgasturboladers an einer Stelle in der Nähe eines Abgaskrümmers abgezweigt und an einer Stelle stromabwärts der Drosselklappe 15 wieder in den Ansaugtrakt 11 zurückgeführt wird. Eine solche Anordnung wird als Hochdruckabgasrückführung bezeichnet. Mit Hilfe eines in der Hochdruckabgasrückführleitung 34 eingebauten, elektrisch ansteuerbaren Abgasrückführventils 35 kann eine Rückführung des Abgases freigegeben oder unterbunden werden. Damit lassen sich u.a. die Verbrennungs-Spitzentemperaturen in den Brennräumen senken und einhergehend damit die NOx-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine. Optional kann in der Hochdruckabgasrückführleitung 34 ein Abgasrückführkühler 36 eingeschaltet sein.
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In Strömungsrichtung des Abgases gesehen (eingezeichnetes Pfeilsymbol) ist in dem Abgasstrang 13 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 19, im gezeigten Ausführungsbeispiel vor dem Abgaskatalysator 20, eine elektrische Heizeinrichtung 38 angeordnet. Die Heizeinrichtung ist dabei bevorzugt als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet.
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Eine elektronische Steuerungseinrichtung 60 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgrößen ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleiteten Größen. Die Steuerungseinrichtung 60 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen diverse Stellglieder, die der Verbrennungskraftmaschine VKM zugeordnet sind und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an. Die Steuerungseinrichtung 60 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine VKM, oder vereinfacht als Motorsteuergerät bezeichnet werden.
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Die Sensoren, deren Signale der Steuerungseinrichtung 60 zugeführt werden sind u. a. der Luftmassenmesser 17, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 15 erfasst, der Temperatursensor 18, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, der optional vorhandene Drucksensor, welcher einen Saugrohrdruck erfasst, ein nicht dargestellter Drosselklappenstellungsensor, der einen Öffnungswinkel der Drosselklappe 15 erfasst, der Temperatursensor 21, der eine Temperatur T_AG im Abgasstrang 13 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 19 erfasst, ein Drehzahlsensor 37, der eine Drehzahl N der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine VKM erfasst und die Abgassensoren 27, 28.
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Je nach Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine VKM und deren Peripherie kann eine Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
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Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 15, die Schubumluftventile 31, 33, das Bypassventil 26, das Abgasrückführventil 35, der elektrisch angetriebene Verdichter 29 und die elektrische Heizeinrichtung 38.
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Die Steuerungseinrichtung 60 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 61, die mit einem Programmspeicher 62 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 63 gekoppelt ist. Die Recheneinheit 61, der Programmspeicher 62 und der Wertespeicher 63 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 62 bzw. dem Wertespeicher 63 sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VKM nötig sind. Insbesondere ist eine Funktion FKT STST für den automatischen Stopp/Start-Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VKM und eine Funktion FKT KATH zum elektrischen Aufheizen von Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage 19 implementiert, die während des Stillstandes, d.h. abgeschalteter der Verbrennungskraftmaschine VKM abgearbeitet wird, wie es anhand der nachfolgenden Beschreibung der 2 näher erläutert wird.
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In dem Wertespeicher 63 ist u.a. ein Schwellenwert T_AG_SW für die Temperatur T_AG im Abgasstrang 13 hinterlegt, dessen Bedeutung ebenfalls anhand nachfolgender Beschreibung der 2 erläutert wird.
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In einem Schritt S0 wird die Funktion FKT KATH zum elektrischen Aufheizen einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage 19 der Verbrennungskraftmaschine VKM gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert und Zählerstände zurückgesetzt werden.
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In einem Schritt S1 wird abgefragt, ob die Verbrennungskraftmaschine VKM ausgeschaltet ist. Dieser Zustand kann mittels eines der bekannten Verfahren detektiert werden, beispielsweise durch Auswerten von Signalen eines Zünd-Anlassschlosses oder Schaltzustandes einer Stopp/Start-Taste oder mittels Auswerten von Signalen der Stopp/Start-Funktion FKT_STST innerhalb der die Verbrennungskraftmaschine VKM steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung 60 oder durch Auswerten des Signals N des Drehzahlsensors 37.
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Die Abfrage in Schritt S1 wird, gegebenenfalls jeweils nach einer kurzen Wartezeit T_WAIT so oft wiederholt, bis die Abfrage ein positives Ergebnis liefert, also festgestellt wird, dass die Verbrennungskraftmaschine VKM ausgeschaltet, also nicht in Betrieb ist.
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Ist die Verbrennungskraftmaschine VKM ausgeschaltet, so wird in einem Schritt S2 überprüft, ob der Wert für die Temperatur T_AG im Abgasstrang 13, welche von dem Temperatursensor 21 erfasst wird, größer als ein vorgegebener Schwellenwert T_AG_SW ist. Dieser Schwellenwert T_AG_SW, der auch als Aktivierungstemperatur oder als light-off-Temperatur bezeichnet wird, ist abhängig von dem Aufbau und der Art der Abgasnachbehandlungskomponente, welche mittels der elektrischen Heizeinrichtung 38 aufgeheizt werden soll und kennzeichnet einen bezüglich seiner Temperatur eine betriebsbereite Abgasnachbehandlungskomponente, so dass die Schadstoffe im Abgas mit einer hohen Konvertierungsrate in unschädliche Stoffe umgewandelt werden können. Liegt dieser Wert T_AG oberhalb des Schwellenwertes T_AG_SW ist eine Aktivierung der elektrischen Heizeinrichtung 38 nicht erforderlich.
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Die Schritte S1 und S2 werden solange wiederholt, bis festgestellt wird, dass die Temperatur T_AG im Abgasstrang 13 unterhalb des Schwellenwertes T_AG_SW liegt. Dann ist eine effektive Abgasnachbehandlung nicht mehr möglich und es müssen Maßnahmen zur Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten eingeleitet werden.
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In einem Schritt S3 werden das Schubumluftventil 31 des Verdichters 23, die Drosselklappe 15, das Abgasrückführventil 35 in der Abgasrückführleitung 34 und das Bypassventil 26 der Turbine 22 mittels entsprechender Signale der Steuerungseinrichtung 60 geöffnet. Gleichzeitig werden die elektrische Heizeinrichtung 38 und der elektrisch angetriebene Verdichter 29 mittels entsprechender Signale der Steuerungseinrichtung 60 mit elektrischer Energie versorgt. Dadurch wird Frischluft über das Luftfilter 14 angesaugt und ein Luftmassenstrom vom Ansaugtrakt 11 über die Hochdruckabgasrückführleitung 34 an der Verbrennungskraftmaschine VKM vorbei in den Abgasstrang 13 zur Heizeinrichtung 38 befördert. Durch die aktivierte elektrische Heizeinrichtung 38 wird die dort erzeugte Wärme an die nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten übertragen, im Ausführungsbeispiel nach 1 an den Abgaskatalysator 20.
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Die Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 38 kann über den von dem elektrischen Verdichter 29 bereitgestellten Luftmassenstrom durch eine Regelung seiner Drehzahl eingestellt werden. Die Differenz zwischen Umgebungstemperatur und Temperatur T_AG im Abgasstrang 13 als Maß für den Wärmeverlust der Abgasnachbehandlungsanlage 19 kann als Eingangsgröße für die Menge der aufzubringenden Heizenergie herangezogen werden.
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Die genannten Ventile 31, 35, 36 können als sogenannte digitale Ventile ausgestaltet sein, deren Öffnung entweder verschlossen oder gänzlich geöffnet ist oder als Ventile, deren Öffnungsgrad kontinuierlich einstellbar ist. Bei der Drosselklappe ist dies ohnehin der Fall. Dadurch lässt sich ebenfalls die Menge des Luftmassenstromes beeinflussen und damit die Temperatur im Abgasstrang.
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Vorzugsweise werden im Schritt S3 die genannten Ventile vollständig geöffnet, um einen maximalen Querschnitt freizugeben und damit der Strömungswiderstand gering bleibt.
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In einem Schritt S4 wird die sich im Abgasstrang 13 einstellende Temperatur T_AG laufend überwacht und mit dem Schwellenwert T_AG_SW verglichen. Übersteigt der Wert für die Temperatur T_AG wieder den Schwellenwert T_AG_SW oder wird die Verbrennungskraftmaschine VKM wieder gestartet, so ist eine Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponenten nicht mehr nötig und in einem Schritt S5 werden die elektrische Heizeinrichtung 38, sowie der elektrisch angetriebene Verdichter ausgeschaltet. Zur Entscheidung, ob die Verbrennungskraftmaschine VKM nach einer Abschaltphase wieder gestartet wird, können dieselben Kriterien herangezogen werden, die in den Ausführungen zu Schritt 1 gemacht wurden.
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Die Ansteuerung der genannten Ventile 31, 35, 36 und der Drosselklappe 15, welche zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten geöffnet wurden, werden bei der nun laufenden Verbrennungskraftmaschine VKM und abgeschaltetem elektrisch angetriebenen Verdichter 29, sowie elektrischer Heizeinrichtung 38 entsprechend dem gewünschten Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine VKM eingestellt.
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In einem Schritt S6 ist das Verfahren zu Ende.
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die elektrische Heizeinrichtung 38 als separate Komponente in dem Abgasstrang 13 stromaufwärts einer aufzuheizenden Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet. Die elektrische Heizeinrichtung 38 kann aber auch in eine Abgasnachbehandlungskomponente integriert sein, beispielsweise in Form einer oder mehreren Heizscheiben, wie es anhand der Darstellung des Abgaskatalysators 20 gezeigt ist.
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Bezugszeichenliste
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- VKM
- Verbrennungskraftmaschine
- 11
- Ansaugtrakt
- 12
- Motorblock
- 13
- Abgasstrang
- 14
- Luftfilter
- 15
- Drosselklappe
- 16
- Saugrohr
- 17
- Luftmassenmesser
- 18
- Temperatursensor für Ansaugluft
- 19
- Abgasnachbehandlungsanlage
- 20
- Abgaskatalysator
- 21
- Temperatursensor im Abgasstrang
- 22
- Turbine
- 23
- Verdichter
- 24
- Ladeluftkühler
- 25
- Bypassleitung
- 26
- Bypassventil
- 27
- Abgassensor
- 28
- Abgassensor
- 29
- elektrisch angetriebener Verdichter
- 30
- Bypassleitung
- 31
- Schubumluftventil
- 32
- Bypassleitung
- 33
- Schubumluftventil
- 34
- Hochdruckabgasrückführleitung
- 35
- Abgasrückführventil
- 36
- Abgasrückführkühler
- 37
- Drehzahlsensor
- 38
- elektrische Heizeinrichtung
- 60
- Steuerungseinrichtung
- 61
- Recheneinheit, Prozessor
- 62
- Programmspeicher
- 63
- Wertespeicher, Datenspeicher
- T_AG
- Temperatur im Abgasstrang
- T_AG_SW
- Schwellenwert für Temperatur im Abgasstrang
- T_WAIT
- Wartezeit
- N
- Drehzahl
- FKT_STST
- Stopp/Start-Funktion
- FKT_KATH
- Funktion zum Heizen von Abgasnachbehandlungskomponenten
- S1-S6
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19943846 A1 [0008]
- DE 102009016182 A1 [0008]
- WO 9610127 [0008]
