DE102020100564A1 - Process for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12). Der Verbrennungsmotor (10) ist über seinen Auslass (18) mit einer Abgasanlage (20) verbunden, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotor (10) ein elektrisch beheizbarer Katalysator (26) und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) mindestens ein weiterer Katalysator (28, 30, 40) angeordnet sind.Es ist vorgesehen, dass eine Temperatur (TKAT) eines Katalysators (28, 30, 40) ermittelt oder berechnet wird, wobei diese Temperatur (TKAT) mit einer ersten Schwellentemperatur (Ts1) verglichen wird. Der elektrisch beheizbare Katalysator (26) wird aktiviert, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur (TKAT) unterhalb der ersten Schwellentemperatur (Ts1) liegt. Die Temperatur (TKAT) wird mit einer zweiten Schwellentemperatur (Ts2) verglichen, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator (26) deaktiviert wird, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur (TKAT) oberhalb der zweiten Schwellentemperatur (Ts2) liegt.Die Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor (10) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12). The internal combustion engine (10) is connected via its outlet (18) to an exhaust system (20) in which, in the flow direction of an exhaust gas flow from the internal combustion engine (10), there is an electrically heatable catalyst (26) and at least one further downstream of the electrically heatable catalyst (26) Catalyst (28, 30, 40) are arranged. It is provided that a temperature (TKAT) of a catalyst (28, 30, 40) is determined or calculated, this temperature (TKAT) being compared with a first threshold temperature (Ts1) . The electrically heatable catalytic converter (26) is activated when the calculated or determined temperature (TKAT) is below the first threshold temperature (Ts1). The temperature (TKAT) is compared with a second threshold temperature (Ts2), the electrically heated catalytic converter (26) being deactivated when the calculated or determined temperature (TKAT) is above the second threshold temperature (Ts2). The invention also relates to an internal combustion engine (10) to carry out such a procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie einen Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine and an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxidemissionen Herausforderungen für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator , sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Ver-mischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wodurch Ammoniak im Abgaskanal freigesetzt wird. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.The current exhaust gas legislation, and one that will become ever more stringent in the future, place high demands on the engine-related raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of internal combustion engines. The demands for a further reduction in consumption and the further tightening of the exhaust gas standards with regard to the permissible nitrogen oxide emissions pose challenges for the engine developers. In gasoline engines, exhaust gas cleaning is carried out in the known manner via a three-way catalytic converter and a three-way catalytic converter. and downstream further catalytic converters. Exhaust gas aftertreatment systems are currently used in diesel engines, which have an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, a catalytic converter for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR catalytic converter) and a particle filter for separating soot particles and possibly other catalytic converters. In order to meet the high requirements for minimal nitrogen oxide emissions, exhaust gas aftertreatment systems are known which have two SCR catalytic converters connected in series, each of the SCR catalytic converters being preceded by a metering element for metering in a reducing agent. A synthetic, aqueous urea solution is preferably used as the reducing agent, which is mixed with the hot exhaust gas flow in a mixing device upstream of the SCR catalytic converter. As a result of this mixing, the aqueous urea solution is heated, which releases ammonia in the exhaust gas duct. A commercially available, aqueous urea solution generally consists of 32.5% urea and 67.5% water.

Mit Einführung der Gesetzgebungsstufe EU6 wird für Ottomotoren ein Grenzwert für eine Partikelanzahl vorgeschrieben, der in vielen Fällen den Einsatz eines Ottopartikelfilters notwendig macht. Solche Rußpartikel entstehen besonders nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors aufgrund einer unvollständigen Verbrennung in Kombination mit einem unterstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis sowie kalter Zylinderwände während des Kaltstarts. Die Kaltstartphase ist somit maßgeblich für die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Partikelgrenzwerte. Im Fahrbetrieb wird ein solcher Ottopartikelfilter weiter mit Ruß beladen. Damit der Abgasgegendruck nicht zu stark ansteigt, muss dieser Ottopartikelfilter kontinuierlich oder periodisch regeneriert werden. Der Anstieg des Abgasgegendrucks kann zu einem Mehrverbrauch des Verbrennungsmotors, Leistungsverlust und einer Beeinträchtigung der Laufruhe bis hin zu Zündaussetzern führen. Um eine thermische Oxidation des im Ottopartikelfilter zurückgehaltenen Rußes mit Sauerstoff durchzuführen, ist ein hinreichend hohes Temperaturniveau in Verbindung mit gleichzeitig vorhandenem Sauerstoff in der Abgasanlage des Ottomotors notwendig. Da moderne Ottomotoren normalerweise ohne Sauerstoffüberschuss mit einem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis (A=1) betrieben werden, sind dazu zusätzliche Maßnahmen erforderlich. Dazu kommen als Maßnahmen beispielsweise eine Temperaturerhöhung durch eine Zündwinkelverstellung, eine zeitweise Magerverstellung des Ottomotors, das Einblasen von Sekundärluft in die Abgasanlage oder eine Kombination dieser Maßnahmen infrage. Bevorzugt wird bislang eine Zündwinkelverstellung in Richtung spät in Kombination mit einer Magerverstellung des Ottomotors angewandt, da dieses Verfahren ohne zusätzliche Bauteile auskommt und in den meisten Betriebspunkten des Ottomotors eine ausreichende Sauerstoffmenge liefern kann.With the introduction of legislative stage EU6, a limit value for the number of particles is prescribed for gasoline engines, which in many cases makes the use of a gasoline particle filter necessary. Such soot particles arise particularly after a cold start of the internal combustion engine due to incomplete combustion in combination with a substoichiometric combustion air ratio and cold cylinder walls during the cold start. The cold start phase is therefore decisive for compliance with the statutory particle limit values. Such a gasoline particulate filter continues to be loaded with soot while driving. This gasoline particulate filter must be regenerated continuously or periodically so that the exhaust gas back pressure does not increase too much. The increase in the exhaust gas back pressure can lead to increased consumption of the internal combustion engine, a loss of power and an impairment of the smoothness of running up to misfires. In order to carry out a thermal oxidation of the soot retained in the Otto particle filter with oxygen, a sufficiently high temperature level in connection with the simultaneous presence of oxygen in the exhaust system of the Otto engine is necessary. Since modern gasoline engines are normally operated with a stoichiometric combustion air ratio (A = 1) without excess oxygen, additional measures are required. In addition, possible measures include, for example, a temperature increase through an ignition angle adjustment, a temporary lean adjustment of the gasoline engine, the injection of secondary air into the exhaust system, or a combination of these measures. Up to now, an ignition angle adjustment in the late direction in combination with a lean adjustment of the gasoline engine has been preferred, since this method manages without additional components and can supply a sufficient amount of oxygen at most operating points of the gasoline engine.

Ferner sind aus dem Stand der Technik elektrisch beheizbare Katalysatoren bekannt, mit welchen im Wesentlichen unabhängig vom Betrieb des Verbrennungsmotors Wärme in die Abgasanlage eingebracht werden kann, um eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen.Furthermore, electrically heatable catalytic converters are known from the prior art, with which heat can be introduced into the exhaust system essentially independently of the operation of the internal combustion engine in order to heat one or more exhaust gas aftertreatment components to their operating temperature.

Aus der US 2014 / 0 366 509 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einem elektrischen Heizelement zum Aufheizen eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors oder einer Oberfläche der Abgasnachbehandlungsvorrichtung bekannt. Dabei wird ein Additiv an einer Dosierstelle derart in die Abgasanlage eingebracht, dass es auf das elektrische Heizelement auftrifft, um die Verdunstung des Additivs zu verbessern. Auf Basis wenigstens einer Betriebsvariablen wird ein Betriebszustand identifiziert, bei dem sich Ablagerungen auf dem elektrischen Heizelement bilden können. In Abhängigkeit dieses Betriebszustands wird eine Taktfrequenz des elektrisch beheizbaren Katalysators festgelegt, wobei durch ein getaktetes Aktivieren und Deaktivieren des elektrischen Heizelements mit einer festgelegten Taktfrequenz Ablagerungen auf dem elektrisch beheizbaren Katalysator vermieden werden.From US 2014/0 366 509 A1 a method for operating an exhaust gas aftertreatment device with an electrical heating element for heating up an exhaust gas flow of the internal combustion engine or a surface of the exhaust gas aftertreatment device is known. An additive is introduced into the exhaust system at a metering point in such a way that it strikes the electrical heating element in order to improve the evaporation of the additive. An operating state in which deposits can form on the electrical heating element is identified on the basis of at least one operating variable. Depending on this operating state, a clock frequency of the electrically heatable catalytic converter is set, with deposits on the electrically heatable catalytic converter being avoided by a clocked activation and deactivation of the electric heating element at a set clock frequency.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Abgasnachbehandlungskomponenten dauerhaft auf einem Temperaturniveau zu halten, bei dem eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors möglich ist und die Energieeffizienz des Abgasnachbehandlungssystems zu verbessern.The invention is now based on the object of keeping the exhaust gas aftertreatment components permanently at a temperature level at which an efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine is possible and to improve the energy efficiency of the exhaust gas aftertreatment system.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit mindestens einem Brennraum gelöst. Der Verbrennungsmotor ist über seinen Auslass mit einer Abgasanlage verbunden, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotor ein elektrisch beheizbarer Katalysator und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators mindestens ein weiterer Katalysator angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass eine Temperatur eines Katalysators ermittelt oder berechnet wird, wobei diese Temperatur mit einer ersten Schwellentemperatur verglichen wird. Der elektrisch beheizbare Katalysator wird aktiviert, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur unterhalb der ersten Schwellentemperatur liegt. Die Temperatur wird mit einer zweiten Schwellentemperatur verglichen, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator deaktiviert wird, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur oberhalb der zweiten Schwellentemperatur liegt. Dadurch ist ein besonders energieeffizienter Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators nach Art eines Zwei-Punkt-Reglers möglich, wodurch das elektrische Beheizen der Abgasanlage ausschließlich dann erfolgt, wenn die Temperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten zu niedrig sind, um eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom zu gewährleisten und über den Abgasstrom des Verbrennungsmotors nicht genug Wärme in die Abgasanlage eingebracht wird, um die Abgasnachbehandlungskomponenten auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen. Dadurch kann der Zeitraum, in dem der elektrisch beheizbare Katalysator aktiviert ist, minimiert werden, wodurch der Verbrauch des Verbrennungsmotors minimiert werden kann. Zudem kann in allen Betriebszuständen sichergestellt werden, dass eine effiziente Konvertierung dieser Schadstoffe erfolgt. Dabei werden die Abgasnachbehandlungskomponenten nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors oder nach einem Schwachlastbetrieb parallel durch den Abgasstrom des Verbrennungsmotors und durch den elektrisch beheizbaren Katalysator aufgeheizt, wodurch diese in kurzer Zeit ihre Light-Off-Temperatur erreichen, ab welcher eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen durch den jeweiligen Katalysator möglich ist.According to the invention, this object is achieved by a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine with at least one combustion chamber. The internal combustion engine is connected via its outlet to an exhaust system in which an electrically heatable catalytic converter is arranged in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine and at least one further catalytic converter is arranged downstream of the electrically heatable catalytic converter. It is provided that a temperature of a catalytic converter is determined or calculated, this temperature being compared with a first threshold temperature. The electrically heated catalytic converter is activated when the calculated or determined temperature is below the first threshold temperature. The temperature is compared with a second threshold temperature, the electrically heatable catalytic converter being deactivated if the calculated or ascertained temperature is above the second threshold temperature. This enables particularly energy-efficient operation of the electrically heated catalytic converter in the manner of a two-point controller, which means that the exhaust system is only heated electrically when the temperatures of the exhaust gas aftertreatment components are too low to ensure efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow Not enough heat is introduced into the exhaust system via the exhaust gas flow of the internal combustion engine to heat the exhaust gas aftertreatment components to their operating temperature. As a result, the period in which the electrically heatable catalytic converter is activated can be minimized, whereby the consumption of the internal combustion engine can be minimized. In addition, it can be ensured in all operating states that these pollutants are efficiently converted. After a cold start of the internal combustion engine or after a low-load operation, the exhaust gas aftertreatment components are heated in parallel by the exhaust gas flow of the internal combustion engine and by the electrically heated catalytic converter, whereby they reach their light-off temperature in a short time, from which an efficient conversion of pollutants by the respective Catalyst is possible.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht-triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors möglich.The features listed in the dependent claims allow advantageous improvements and non-trivial further developments of the method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine specified in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Übertragungsverhalten der Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator auf den in Strömungsrichtung nachfolgenden Katalysator modelliert wird. Dadurch kann der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators weiter optimiert werden, da die Totzeit zwischen einem Wärmeeintrag des elektrisch beheizbaren Katalysator und einer tatsächlichen Temperaturerhöhung an einem in Strömungsrichtung nachfolgenden Katalysator bei der Heizstrategie berücksichtigt werden kann. Insbesondere kann bei einem drohenden Auskühlen des Katalysators der elektrisch beheizbare Katalysator rechtzeitig zugeschaltet werden, bevor die Temperatur des Katalysators unter seine Light-Off-Temperatur absinkt. Bei geringen Lasten des Verbrennungsmotors oder im Schubbetrieb kann das Abgas kälter sein als die Light-Off-Temperatur des jeweiligen Katalysators oder eine sonstige Betriebstemperatur einer Abgasnachbehandlungskomponente. Trotz eines aktiven Betriebs des Verbrennungsmotors würden die Abgasnachbehandlungskomponenten in diesem Betriebszustand auskühlen, sodass einen effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom nicht mehr gewährleistet wäre. Dabei kann durch die Modellierung der Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator auf den nachfolgenden Katalysator der erste Schwellenwert, ab welchem der elektrisch beheizbare Katalysator zugeschaltet wird, mit geringem Abstand zur jeweiligen Light-Off-Temperatur gewählt werden, sodass die Betriebszeit des elektrisch beheizbaren Katalysators weiter minimiert werden kann.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the transfer behavior of the heat transfer from the electrically heatable catalyst to the catalyst following in the flow direction is modeled. As a result, the operation of the electrically heatable catalytic converter can be further optimized, since the dead time between a heat input from the electrically heatable catalytic converter and an actual temperature increase at a catalytic converter downstream in the flow direction can be taken into account in the heating strategy. In particular, if the catalytic converter threatens to cool down, the electrically heatable catalytic converter can be switched on in good time before the temperature of the catalytic converter falls below its light-off temperature. At low loads on the internal combustion engine or in overrun mode, the exhaust gas can be colder than the light-off temperature of the respective catalytic converter or another operating temperature of an exhaust gas aftertreatment component. Despite active operation of the internal combustion engine, the exhaust gas aftertreatment components would cool down in this operating state, so that efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow would no longer be guaranteed. By modeling the heat transfer from the electrically heatable catalytic converter to the subsequent catalytic converter, the first threshold value, from which the electrically heatable catalytic converter is switched on, can be selected with a short distance from the respective light-off temperature, so that the operating time of the electrically heatable catalytic converter continues can be minimized.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Beheizen eines Katalysators durch den elektrisch beheizbaren Katalysator in Abhängigkeit der zu erwartenden Temperatur eines Katalysators in der Abgasanlage erfolgt. Ist ein Anstieg der Katalysatortemperatur durch einen Hochlastbetrieb des Verbrennungsmotors zu erwarten, so kann die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators reduziert werden oder das Heizelement des elektrisch beheizbaren Katalysators abgeschaltet werden, da in einem solchen Betriebszustand ein Anstieg der Katalysatortemperatur zu erwarten ist. Ist jedoch ein Abfall der Katalysatortemperatur durch einen Schubbetrieb oder eine Schwachlastphase zu erwarten, wird der elektrisch beheizbare Katalysator zugeschaltet, um ein Auskühlen des Katalysators unter seine Light-Off-Temperatur zu vermieden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that a catalytic converter is heated by the electrically heatable catalytic converter as a function of the expected temperature of a catalytic converter in the exhaust system. If an increase in the catalytic converter temperature is to be expected due to high-load operation of the internal combustion engine, the heating power of the electrically heatable catalytic converter can be reduced or the heating element of the electrically heatable catalytic converter can be switched off, since an increase in the catalytic converter temperature is to be expected in such an operating state. However, if the catalyst temperature is expected to drop due to overrun operation or a low-load phase, the electrically heatable catalyst is switched on in order to prevent the catalyst from cooling down below its light-off temperature.

In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die berechnete oder ermittelte Temperatur des Katalysators oder die erwartete Temperatur des Katalysators mit einem Offsetfaktor multipliziert oder addiert wird, um einen Fehler bei der Ermittlung der berechneten oder ermittelten Temperatur des Katalysators und/oder der zu erwartenden Temperatur des Katalysators zu kompensieren.In a further improvement of the method it is provided that the calculated or determined temperature of the catalyst or the expected temperature of the catalyst is multiplied or added by an offset factor in order to avoid an error in the determination of the calculated or determined temperature of the catalyst and / or the expected temperature Compensate for the temperature of the catalyst.

Je statistisch unsicherer/fehlerbehafteter die zu erwartende Temperatur ist, beispielswiese weil eine längere Abkühlphase der Berechnung der Temperatur vorausgeht, desto größer wird der Offsetfaktor gewählt. Dabei ergibt sich die zu erwartende Temperatur als eindeutige Lösung eines Berechnungsmodell, dem aufgrund von Unsicherheiten und Fehlerabweichungen ein entsprechender Offsetfaktor zugeordnet wird. Die gemessene Temperatur ist aufgrund von Messfehlern ebenfalls mit einer Unsicherheit behaftet, welche alternativ oder zusätzlich durch den Offsetfaktor kompensiert werden kann. Die Einschaltschwelle zur Aktivierung des elektrisch beheizbaren Katalysators wird dabei aus der berechneten Zieltemperatur und dem Offsetfaktor gebildet, welcher additiv oder multiplikativ mit der zu erwartenden Temperatur verknüpft sein kann. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei einer Modellabweichung stets eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors möglich ist.The statistically more uncertain / error-prone the temperature to be expected, for example because a longer cooling phase precedes the calculation of the temperature, the greater the offset factor elected. The temperature to be expected results as a clear solution of a calculation model to which a corresponding offset factor is assigned due to uncertainties and error deviations. The measured temperature is also subject to an uncertainty due to measurement errors, which can alternatively or additionally be compensated by the offset factor. The switch-on threshold for activating the electrically heatable catalytic converter is formed from the calculated target temperature and the offset factor, which can be linked additively or multiplicatively to the expected temperature. This ensures that an effective and efficient exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas flow of the internal combustion engine is always possible even if there is a model deviation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators für ein definiertes Zeitintervall erfolgt. Ein Heizbetrieb mit definierten Heizintervallen führt zu einer unterschiedlichen Oszillation der Temperatur der Katalysatoren. Damit kann der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators zumindest teilweise zeitlich entkoppelt von der aktuellen Temperatur beziehungsweise dem Aufheiz- oder Abkühlverhalten des jeweiligen Katalysators erfolgen. Dies ist vorteilhaft, da der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysator bei Betriebspunkten des Verbrennungsmotors erfolgen kann, die günstig bezüglich des Verbrauchs, der Emissionen, der Akustik oder des Fahrkomforts sind. Ebenso kann der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators in besonders günstigen Fahrsituationen stattfinden.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the electrically heatable catalytic converter is operated for a defined time interval. A heating mode with defined heating intervals leads to a different oscillation of the temperature of the catalytic converters. In this way, the operation of the electrically heatable catalytic converter can take place at least partially decoupled in time from the current temperature or the heating or cooling behavior of the respective catalytic converter. This is advantageous because the electrically heatable catalytic converter can be operated at operating points of the internal combustion engine that are favorable in terms of consumption, emissions, acoustics or driving comfort. The electrically heatable catalytic converter can also be operated in particularly favorable driving situations.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem Generator gekoppelt ist, wobei die elektrische Energie zum Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators durch den Generator bereitgestellt wird. Durch den Generator kann ein Lastpunkt des Verbrennungsmotors bei geringen Motorlasten verschoben werden, sodass die Gefahr eines Abkühlens der Katalysatoren unter ihrer jeweiligen Light-Off-Temperatur minimiert wird. Zudem wird eine mit dem Generator in Wirkverbindung stehende Batterie entlastet, sodass auch bei niedrigem Ladezustand der Batterie ein elektrisches Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators ohne Funktionsbeeinträchtigung möglich ist.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the internal combustion engine is coupled to a generator, the electrical energy for heating the electrically heatable catalyst being provided by the generator. A load point of the internal combustion engine can be shifted by the generator at low engine loads, so that the risk of the catalytic converters cooling down below their respective light-off temperature is minimized. In addition, a battery that is actively connected to the generator is relieved, so that even when the battery is in a low state of charge, the electrically heated catalytic converter can be heated electrically without impairing its function.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Abgasnachbehandlung ist vorgesehen, dass das Aufheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors erfolgt. In einem Schubbetrieb kann eine Rekuperation von Energie durch den Generator erfolgen. Diese Energie kann genutzt werden, um den elektrisch beheizbaren Katalysator aufzuheizen, sodass eben diese Energie effizient dazu genutzt wird, die Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere die Katalysatoren, auf ihrer jeweiligen Betriebstemperatur zu halten.In an advantageous embodiment of the method for exhaust gas aftertreatment, it is provided that the electrically heatable catalytic converter is heated up in overrun mode of the internal combustion engine. In an overrun mode, energy can be recuperated by the generator. This energy can be used to heat up the electrically heatable catalytic converter, so that precisely this energy is used efficiently to keep the exhaust gas aftertreatment components, in particular the catalytic converters, at their respective operating temperature.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Ansteuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators in Abhängigkeit von der Position einer stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators in der Abgasanlage angeordneten Abgasnachbehandlungskomponente erfolgt. Somit kann der elektrisch beheizbare Katalysator beispielsweise genutzt werden, um einen SCR-Katalysator in seinem zur effizienten Konvertierung von Stickoxiden notwendigen Temperaturbereich zu halten oder einen Partikelfilter auf seine Regenerationstemperatur aufzuheizen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the electrically heatable catalytic converter is activated as a function of the position of an exhaust gas aftertreatment component arranged downstream of the electrically heatable catalytic converter in the exhaust system. The electrically heatable catalytic converter can thus be used, for example, to keep an SCR catalytic converter in the temperature range required for the efficient conversion of nitrogen oxides or to heat a particle filter to its regeneration temperature.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist. In der Abgasanlage des Verbrennungsmotors sind ein elektrisch beheizbarer Katalysator und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators mindestens ein weiterer Katalysator angeordnet. Der Verbrennungsmotor steht mit einem Steuergerät in Wirkverbindung, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Bei einem solchen Verbrennungsmotor können die Schadstoffemissionen durch den elektrisch beheizbaren Katalysator minimiert werden, da eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom gewährleistet ist, wobei durch die selektive Ansteuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators der Mehrverbrauch und somit die Kohlenstoffdioxidemissionen minimiert werden.Another aspect of the invention relates to an internal combustion engine with at least one combustion chamber, the internal combustion engine being connected with its outlet to an exhaust system. An electrically heatable catalytic converter is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine and at least one further catalytic converter is arranged downstream of the electrically heatable catalytic converter. The internal combustion engine is in operative connection with a control device which is set up to carry out a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment when a machine-readable program code is executed by the control device. In such an internal combustion engine, the pollutant emissions can be minimized by the electrically heated catalytic converter, since an efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow is ensured, with the additional consumption and thus the carbon dioxide emissions being minimized through the selective control of the electrically heated catalytic converter.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbaren Katalysator eine Heizleistung von mindestens 2 KW, vorzugsweise von mindestens 3 KW, besonders bevorzugt von mindestens 4 KW aufweist. Um ein hinreichend schnelles Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere der Katalysatoren auf ihre jeweilige Betriebstemperatur, insbesondere die jeweilige Light-Off-Temperatur des Katalysators zu gewährleisten, ist eine Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators von mindestens 2 KW notwendig. Durch eine höhere Heizleistung wird die jeweilige Light-Off-Temperatur bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen entsprechend früher erreicht.In an advantageous embodiment of the internal combustion engine, it is provided that the electrically heatable catalytic converter has a heating power of at least 2 KW, preferably of at least 3 KW, particularly preferably of at least 4 KW. In order to ensure that the exhaust gas aftertreatment components, in particular the catalytic converters, are heated up sufficiently quickly to their respective operating temperature, in particular the respective light-off temperature of the catalytic converter, the electrically heatable catalytic converter must have a heating power of at least 2 KW. Due to a higher heating output, the respective light-off temperature is reached earlier with otherwise the same operating conditions.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mit einem Generator, insbesondere mit einem Riemen-Starter-Generator, gekoppelt ist, wobei eine Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators unmittelbar durch den Generator erfolgt. Durch einen Generator kann der Strom für den elektrisch beheizbaren Katalysator ohne Zwischenschaltung einer Batterie bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere in einer Kaltstartphase bei kalten Außentemperaturen, insbesondere bei Temperaturen unter 0°C hilfreich, um die Batterie in dieser Phase zu entlasten und den Strom direkt durch den Generator zu erzeugen. Durch einen Riemen-Starter-Generator ist eine besonders einfache und kostengünstige Variante eines Generators möglich, um den Strom zum Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators zur Verfügung zu stellen und bei einem Schubbetrieb eine Rekuperation der Bewegungsenergie eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the internal combustion engine, it is provided that the internal combustion engine is coupled to a generator, in particular to a belt starter generator, with a power supply of the electrically heated catalyst takes place directly through the generator. The electricity for the electrically heatable catalytic converter can be provided by a generator without the interposition of a battery. This is particularly helpful in a cold start phase at cold outside temperatures, especially at temperatures below 0 ° C, in order to relieve the battery in this phase and to generate the electricity directly by the generator. A belt starter generator enables a particularly simple and inexpensive variant of a generator to provide the electricity for heating the electrically heatable catalytic converter and to enable recuperation of the kinetic energy of a motor vehicle in overrun mode.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung;
  • 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung;
  • 3 ein Ablaufdiagramm zum getakteten An- und Abschalten eines elektrisch beheizbaren Katalysators in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. The same components or components with the same function are identified with the same reference numbers in the different figures. Show it:
  • 1 a preferred embodiment of a motor vehicle with an internal combustion engine for carrying out a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment;
  • 2 a further embodiment of a motor vehicle with an internal combustion engine for performing a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment;
  • 3 a flow chart for clocked switching on and off of an electrically heatable catalyst in the exhaust system of an internal combustion engine.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Verbrennungsmotor 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. An den Brennräumen 12 sind Einlass- und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden können. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 10 . The internal combustion engine 10 is in this embodiment a direct injection diesel engine and has several combustion chambers 12th on. At the combustion chambers 12th is a fuel injector each 14th for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12th arranged. The internal combustion engine 10 is with its outlet 18th with an exhaust system 20th connected. At the combustion chambers 12th inlet and outlet valves are arranged with which a fluidic connection from the combustion chambers 12th to the exhaust system 20th can be opened or closed.

Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 34 eines Abgasturboladers 24 und stromabwärts der Turbine 34 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 26 angeordnet sind. Dem elektrisch beheizbaren Katalysator 26 ist ein erste Katalysator 28, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, nachgeschaltet, welcher durch den elektrisch beheizbaren Katalysator 26 erwärmt werden kann. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 ist ein zweiter Katalysator 30, insbesondere ein Partikelfilter 32 mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) und weiter stromabwärts ein dritter Katalysator 40, insbesondere ein weiterer SCR-Katalysator, angeordnet.The exhaust system 20th includes an exhaust duct 22nd , in which in the flow direction of an exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 through the exhaust duct 22nd a turbine 34 of an exhaust gas turbocharger 24 and downstream of the turbine 34 an electrically heated catalyst 26th are arranged. The electrically heated catalytic converter 26th is a first catalyst 28 , in particular an oxidation catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, connected downstream, which by the electrically heatable catalytic converter 26th can be heated. Downstream of the first catalyst 28 is a second catalyst 30th , especially a particulate filter 32 with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating) and further downstream a third catalytic converter 40 , in particular another SCR catalyst, arranged.

Stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 ist ein erster Temperatursensor 36 und stromabwärts des ersten Katalysators 28 ein zweiten Temperatursensor 38 angeordnet. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 und stromaufwärts des zweiten Katalysators 30 ist ein Dosierelement 42 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal 22 vorgesehen, welchem ein Abgasmischer 44 zur besseren Gleichverteilung des Reduktionsmittels über den Abgasstrom nachgeschaltet ist. Stromabwärts des zweiten Katalysators 30 und stromaufwärts des dritten Katalysators 40 ist ein zweites Dosierelement 46 angeordnet, welchem ein zweiter Abgasmischer 48 nachgeschaltet ist.Upstream of the electrically heatable catalytic converter 26th is a first temperature sensor 36 and downstream of the first catalyst 28 a second temperature sensor 38 arranged. Downstream of the first catalyst 28 and upstream of the second catalyst 30th is a dosing element 42 for metering a reducing agent into the exhaust gas duct 22nd provided, which an exhaust mixer 44 is connected downstream for better uniform distribution of the reducing agent over the exhaust gas flow. Downstream of the second catalyst 30th and upstream of the third catalyst 40 is a second metering element 46 arranged, which a second exhaust mixer 48 is downstream.

Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Getriebe 50 gekoppelt, über welches die Räder 68 einer Antriebsachse 66 des Kraftfahrzeugs 1 angetrieben werden. Ferner ist der Verbrennungsmotor 10 mit einem Generator 52 verbunden, welcher die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 10 in elektrisch Energie umwandelt. Vorzugsweise ist der Generator 52 als Riemen-Starter-Generator 56 ausgeführt und über einen Riemen 54 mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden. Der Generator 52, 56 ist über eine erste elektrische Leitung 58 mit einem Steuergerät 70 zur Steuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 verbunden. Das Steuergerät 70 ist über eine zweite elektrische Leitung 60 mit dem elektrisch beheizbaren Katalysator 26 verbunden. Das Steuergerät 70 ist über einen dritte elektrische Leitung 62 mit einer Batterie 64 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden, welche durch den Generator 52, 56 aufladbar ist.The internal combustion engine 10 is with a gearbox 50 coupled over which the wheels 68 a drive axle 66 of the motor vehicle 1 are driven. Furthermore, the internal combustion engine 10 with a generator 52 connected, which is the kinetic energy of the internal combustion engine 10 converts it into electrical energy. Preferably the generator is 52 as a belt starter generator 56 executed and over a strap 54 with the internal combustion engine 10 connected. The generator 52 , 56 is via a first electrical line 58 with a control unit 70 to control the electrically heated catalytic converter 26th connected. The control unit 70 is via a second electrical line 60 with the electrically heated catalytic converter 26th connected. The control unit 70 is via a third electrical line 62 with a battery 64 of the motor vehicle 1 connected by the generator 52 , 56 is chargeable.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Verbrennungsmotors 10 in schematischer Darstellung gezeigt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 1 ausgeführt, ist der Verbrennungsmotors 10 in diesem Ausführungsbeispiel als direkteinspritzender Ottomotor ausgeführt. Dazu ist an jedem der Brennräume 12 eine Zündkerze 16 angeordnet, um ein brennbares Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem jeweiligen Brennraum 12 zu entzünden.In 2 is another embodiment of a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 10 shown in a schematic representation. With essentially the same structure as to 1 running is the internal combustion engine 10 in this exemplary embodiment designed as a direct-injection gasoline engine. This is on each of the combustion chambers 12th a spark plug 16 arranged to a combustible fuel-air mixture in the respective combustion chamber 12th to ignite.

In der Abgasanlage 20 ist stromabwärts einer Turbine 34 eines Abgasturboladers 24 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 26 angeordnet, welchem ein ersten Katalysator 28, insbesondere ein Drei-Wege-Katalysator oder ein Vier-Wege-Katalysator, nachgeschaltet ist. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 ist ein zweiter Katalysator 30 vorgesehen, welcher vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator oder Vier-Wege-Katalysator ausgeführt ist. Stromabwärts der Turbine 34 und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 ist ein erster Temperatursensor 36 an dem Abgaskanal 22 angeordnet. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 und stromaufwärts des zweiten Katalysators 30 ist ein zweiter Temperatursensor 38 an dem Abgaskanal 22 angeordnet. Die Temperatursensoren sind jeweils über Signalleitungen mit dem Steuergerät 70 verbunden.In the exhaust system 20th is downstream of a turbine 34 of an exhaust gas turbocharger 24 an electrically heated catalyst 26th arranged, which a first catalyst 28 , in particular a three-way catalyst or a four-way catalyst, is connected downstream. Downstream of the first catalyst 28 is a second catalyst 30th provided, which is preferably designed as a three-way catalyst or four-way catalyst. Downstream of the turbine 34 and upstream of the electrically heatable catalyst 26th is a first temperature sensor 36 on the exhaust duct 22nd arranged. Downstream of the first catalyst 28 and upstream of the second catalyst 30th is a second temperature sensor 38 on the exhaust duct 22nd arranged. The temperature sensors are each connected to the control unit via signal lines 70 connected.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Ansätze zur Verwendung eines elektrisch beheizbaren Katalysators 26 zielen im Fall von geringen Motorlasten auf ein zusätzliches Erhitzen eines zu kalten Abgasmassenstroms mit einer dauerhaften Leistung des elektrisch beheizbaren Katalysator 26 ab. Diese dauerhafte Leistung ist möglichst gering zu wählen, da dies zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors 10 führt. Die zusätzliche Last für den Verbrennungsmotor 10 zur Generierung der notwenigen elektrischen Energie zum elektrischen Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 kann zudem vom Fahrer akustisch als Komforteinbuße wahrgenommen werden.The approaches known from the prior art for using an electrically heatable catalyst 26th In the case of low engine loads, aim at additional heating of an exhaust gas mass flow that is too cold with a permanent performance of the electrically heated catalytic converter 26th from. This permanent power should be selected as low as possible, as this leads to increased fuel consumption of the internal combustion engine 10 leads. The additional load on the internal combustion engine 10 to generate the electrical energy required to electrically heat the electrically heated catalytic converter 26th can also be perceived acoustically by the driver as a loss of comfort.

Erfindungsgemäß erfolgt bei dem vorgeschlagenen Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 ein diskontinuierlicher Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators 26. Dabei wird die zeitliche Antwort zumindest eines Teils der Regelstrecke in der Abgasnachbehandlung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator 26 bis zu dem zu heizenden Katalysator 28, 30, 40 berücksichtigt. Die Schwellentemperaturen TS1, TS2 zum Ein- und Ausschalten des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 werden dabei abhängig von der zukünftig zu erwartenden Temperatur des jeweiligen Katalysators 28, 30, 40 gewählt. Diese Schwellentemperaturen TS1, TS2 können sich aus einer Zieltemperatur und einer Offset-Temperatur, oder einer impliziten Kombination dieser Temperaturen zu einer Gesamttemperaturschwelle zusammensetzen.According to the invention, the proposed method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine takes place 10 discontinuous operation of the electrically heatable catalyst 26th . The time response of at least part of the controlled system in the exhaust gas aftertreatment is provided by the electrically heatable catalytic converter 26th up to the catalytic converter to be heated 28 , 30th , 40 considered. The threshold temperatures T S1 , T S2 for switching the electrically heatable catalytic converter on and off 26th are dependent on the expected future temperature of the respective catalytic converter 28 , 30th , 40 elected. These threshold temperatures T S1 , T S2 can be composed of a target temperature and an offset temperature, or an implicit combination of these temperatures to form an overall temperature threshold.

Die Zieltemperatur ist in diesem Zusammenhang die minimale zu erreichende Temperatur einer Abgasnachbehandlungskomponenten, insbesondere die Light-Off-Temperatur eines Katalysators. Diese Zieltemperatur kann variabel sein. Die Offset-Temperatur definiert einen zusätzlichen Vorhalt, um den die Zieltemperatur erhöht wird.In this context, the target temperature is the minimum temperature to be achieved by an exhaust gas aftertreatment component, in particular the light-off temperature of a catalytic converter. This target temperature can be variable. The offset temperature defines an additional lead by which the target temperature is increased.

Der diskontinuierliche Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 für zu einer verzögerten Temperaturantwort der nachfolgenden Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30, 32, 40. Ein Heizbetrieb mit der gleichen mittleren Heizleistung, aber unterschiedlichen Abständen und/oder Dauern der Heizphasen führt zu einer unterschiedlichen Oszillation der Temperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30, 32, 40. Ein solcher diskontinuierlicher Heizbetrieb ist in 3 dargestellt. Entscheidend für eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 bezüglich der minimalen oder maximalen Temperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30, 32, 40 ist das Einhalten der jeweiligen Zieltemperatur. Bei größeren Amplituden der Oszillation können größere Abweichungen zwischen erwarteter und tatsächlicher Temperatur der jeweiligen Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30, 32, 40 entstehen, welche beispielsweise aus Modellfehler in der Modellierung der Wärmeübertragung in der Abgasanlage 20, Messfehler von Sensoren 36, 38 oder plötzlichen Änderungen des Fahrprofils entstehen. Die Offset-Temperatur berücksichtigt solche Einflüsse, beispielsweise durch einen größeren Offset bei einem längere Zeit zurückliegenden Ende einer Heizperiode des elektrisch beheizbaren Katalysators 26.The discontinuous operation of the electrically heated catalytic converter 26th for a delayed temperature response of the downstream exhaust aftertreatment components 28 , 30th , 32 , 40 . A heating operation with the same average heating output but different intervals and / or durations of the heating phases leads to a different oscillation of the temperatures of the exhaust gas aftertreatment components 28 , 30th , 32 , 40 . Such a discontinuous heating operation is in 3 shown. Decisive for an efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 regarding the minimum or maximum temperatures of the exhaust aftertreatment components 28 , 30th , 32 , 40 is maintaining the respective target temperature. With larger amplitudes of the oscillation, larger deviations between the expected and actual temperature of the respective exhaust gas aftertreatment component can occur 28 , 30th , 32 , 40 which arise, for example, from model errors in the modeling of the heat transfer in the exhaust system 20th , Measurement errors of sensors 36 , 38 or sudden changes in the driving profile. The offset temperature takes into account such influences, for example due to a larger offset when a heating period of the electrically heatable catalytic converter ended a long time ago 26th .

Mit dem beschriebenen Ansatz ist es möglich, einen diskontinuierlichen Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 darzustellen. Somit kann der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 zumindest teilweise zeitlich vom aktuellen Aufheiz- oder Abkühlverhalten der Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30, 32, 40 entkoppelt durchgeführt werden. Dies ist vorteilhaft, da der Betrieb statt dessen beispielsweise in Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 10 erfolgen kann, die günstig bezüglich des Verbrauchs, der Emissionen, der Akustik oder des Fahrkomforts sind. Ebenso kann der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators in besonders günstigen Fahrsituationen stattfinden, beispielsweise wenn Energie aus einer elektrischen Verzögerung des Kraftfahrzeugs 1 im Rahmen der Rekuperation bereitgestellt wird, oder die Fahrgeräusche die akustische Beeinträchtigung überdecken.With the approach described, it is possible to operate the electrically heatable catalyst discontinuously 26th to represent. Thus, the operation of the electrically heatable catalytic converter 26th at least partially over time from the current heating or cooling behavior of the exhaust gas aftertreatment components 28 , 30th , 32 , 40 be carried out decoupled. This is advantageous because the operation instead, for example, at operating points of the internal combustion engine 10 can take place that are favorable in terms of consumption, emissions, acoustics or driving comfort. The electrically heatable catalytic converter can also be operated in particularly favorable driving situations, for example when energy is generated from an electrical deceleration of the motor vehicle 1 is provided as part of the recuperation, or the driving noises mask the acoustic impairment.

In 3 ist ein solches Heizverfahren in der Abgasanlage 20 dargestellt. Die Durchwärmzeit des Monolithen des ersten Katalysators 28 beträgt in diesem Beispiel etwa 55 s. Diese Zeit ist abhängig vom Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors 10, wobei ein höherer Abgasmassenstrom zu einer niedrigeren Durchwärmzeit führt. Die Zeit zwischen dem Abschalten des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 und dem Erreichen der minimalen Betriebstemperatur des ersten Katalysators 28 beträgt in diesem Beispiel etwa 80 s. Die Temperatur des ersten Katalysators 28 fällt dabei um ca. 20°C in 30 s. Eine angenommene Abweichung von 5% ist ein Fehler, welcher eine Wahrscheinlichkeit von mehr als 95% abdeckt. Somit kann durch die Wahl der unteren Schwellentemperatur Ts1 mit einem Abstand von etwa 13% von der Light-Off-Temperatur des ersten Katalysators 28 erreicht werden, dass die Abgase des Verbrennungsmotors 10 auch bei unvorhergesehenen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 10 stets effektiv konvertiert werden.In 3 is such a heating process in the exhaust system 20th shown. The soaking time of the monolith of the first catalyst 28 in this example is about 55 s. This time depends on the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine 10 , whereby a higher exhaust gas mass flow leads to a lower soaking time. The time between switching off the electrically heated catalytic converter 26th and reaching the minimum operating temperature of the first catalyst 28 in this example is about 80 s The temperature of the first catalyst 28 drops by around 20 ° C in 30 s.An assumed deviation of 5% is an error that covers a probability of more than 95%. Thus, by choosing the lower threshold temperature T s1 , a distance of approximately 13% from the light-off temperature of the first catalytic converter 28 can be achieved that the exhaust gases of the internal combustion engine 10 even in the event of unforeseen operating conditions of the internal combustion engine 10 are always effectively converted.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Kraftfahrzeug Motor vehicle
1010
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
1212th
BrennraumCombustion chamber
1414th
KraftstoffinjektorFuel injector
1616
Zündkerzespark plug
1818th
Auslass Outlet
2020th
AbgasanlageExhaust system
2222nd
AbgaskanalExhaust duct
2424
AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
2626th
elektrisch beheizbarer Katalysatorelectrically heated catalytic converter
2828
erster Katalysator first catalyst
3030th
zweiter Katalysatorsecond catalyst
3232
PartikelfilterParticle filter
3434
Turbineturbine
3636
erster Temperatursensorfirst temperature sensor
3838
zweiter Temperatursensor second temperature sensor
4040
dritter Katalysatorthird catalyst
4242
erstes Dosierelementfirst metering element
4444
erster Abgasmischerfirst exhaust mixer
4646
zweites Dosierelementsecond metering element
4848
zweiter Abgasmischer second exhaust mixer
5050
Getriebetransmission
5252
Generatorgenerator
5454
Riemenbelt
5656
Riemen-Starter-GeneratorBelt starter generator
5858
erste elektrische Leitung first electrical line
6060
zweite elektrische Leitungsecond electrical line
6262
dritte elektrische Leitungthird electrical line
6464
Batteriebattery
6666
AntriebsachseDrive axle
6868
Rad wheel
7070
SteuergerätControl unit

Claims (10)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotor (10) ein elektrisch beheizbarer Katalysator (26) und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) mindestens ein weiterer Katalysator (28, 30, 40) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur (TKAT) eines Katalysators (28, 30, 40) ermittelt oder berechnet wird, wobei diese Temperatur (TKAT) mit einer ersten Schwellentemperatur (Ts1) verglichen wird, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator (26) aktiviert wird, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur (TKAT) unterhalb der ersten Schwellentemperatur (Ts1) liegt und wobei diese Temperatur (TKAT) mit einer zweiten Schwellentemperatur (Ts2) verglichen wird, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator (26) deaktiviert wird, wenn die berechnete oder ermittelte Temperatur (TKAT) oberhalb der zweiten Schwellentemperatur (Ts2) liegt.Method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), wherein the internal combustion engine (10) is connected with its outlet (18) to an exhaust system (20) in which an electric heatable catalyst (26) and downstream of the electrically heatable catalyst (26) at least one further catalyst (28, 30, 40) is arranged, characterized in that a temperature (T KAT ) of a catalyst (28, 30, 40) is determined or calculated , this temperature (T KAT ) being compared with a first threshold temperature (T s1 ), the electrically heatable catalyst (26) being activated when the calculated or determined temperature (T KAT ) is below the first threshold temperature (T s1 ) and wherein this temperature (T KAT ) is compared with a second threshold temperature (T s2 ), the electrically heatable catalytic converter (26) being deactivated if the calculated or determined temperature (T KAT ) is above the second threshold temperature (T s2 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsverhalten der Wärmeübertragung von dem elektrisch beheizbaren Katalysator (26) auf den in Strömungsrichtung nachfolgenden Katalysator (28, 30, 40) modelliert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the transfer behavior of the heat transfer from the electrically heatable catalytic converter (26) to the catalytic converter (28, 30, 40) following in the flow direction is modeled. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beheizen eines Katalysators (28, 30, 40) durch den elektrisch beheizbaren Katalysator (26) in Abhängigkeit der zu erwartenden Temperatur (TEX) eines Katalysators (28, 30, 40) in der Abgasanlage (20) erfolgt.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a catalytic converter (28, 30, 40) is heated by the electrically heatable catalytic converter (26) as a function of the expected temperature (T EX ) of a catalytic converter (28, 30, 40) in the exhaust system (20) . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete oder ermittelte Temperatur (TKAT) eines Katalysators (28, 30, 40) und/oder die zu erwartende Temperatur (TEx) eines Katalysators (28, 30, 40) mit einem Offsetfaktor multipliziert oder addiert wird, um einen Fehler bei der Ermittlung der berechneten oder ermittelten Temperatur (TKAT) des Katalysators (28, 30, 40) und/oder der zu erwartenden Temperatur (TEx) des Katalysators (28, 30, 40) zu kompensieren.Method according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the calculated or determined temperature (T KAT ) of a catalytic converter (28, 30, 40) and / or the expected temperature (T Ex ) of a catalytic converter (28, 30, 40) is multiplied or added by an offset factor in order to compensate for an error in the determination of the calculated or determined temperature (T KAT ) of the catalytic converter (28, 30, 40) and / or the expected temperature (T Ex ) of the catalytic converter (28, 30, 40). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) für ein definiertes Zeitintervall erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the electrically heatable catalytic converter (26) is operated for a defined time interval. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) mit einem Generator (52, 56) gekoppelt ist, wobei die elektrische Energie zum Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) durch den Generator (52, 56) bereitgestellt wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the internal combustion engine (10) is coupled to a generator (52, 56), the electrical energy for heating the electrically heatable catalyst (26) being provided by the generator (52, 56). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) in einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the electrically heatable catalytic converter (26) is heated in overrun mode of the internal combustion engine (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) in Abhängigkeit von der Position einer stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) in der Abgasanlage (20) angeordneten Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30, 40) erfolgt.Method according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the electrically heatable catalytic converter (26) is activated as a function of the position of an exhaust gas aftertreatment component (28, 30, 40) arranged downstream of the electrically heatable catalytic converter (26) in the exhaust system (20). Verbrennungsmotor (10) mit mindestens einem Brennraum (12), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (20) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (20) ein elektrisch beheizbarer Katalysator (26) und stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (26) mindestens ein weiterer Katalysator (28, 30, 40) angeordnet ist, sowie mit einem Steuergerät (70), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (70) ausgeführt wird.Internal combustion engine (10) with at least one combustion chamber (12), the internal combustion engine (10) having its outlet (18) connected to an exhaust system (20), an electrically heatable catalytic converter (26) in the exhaust system (20) and downstream of the electrically heatable catalytic converter (26) at least one further catalytic converter (28, 30, 40) is arranged, as well as with a control unit (70) which is set up to implement a method according to one of the Claims 1 to 8th to be carried out when a machine-readable program code is executed by the control device (70). Verbrennungsmotor (10) nach Anspruch 9, wobei der elektrisch beheizbare Katalysator (26) eine Heizleistung von mindestens 2 KW aufweist.Internal combustion engine (10) after Claim 9 , wherein the electrically heatable catalyst (26) has a heating power of at least 2 KW.
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