DE102021107092A1 - Internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment component, heating device and gas delivery device - Google Patents

Internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment component, heating device and gas delivery device Download PDF

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Abstract

Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Frischgasstrang (5) und einem Abgasstrang (8), wobei in den Frischgasstrang (5) ein Frischgasverdichter (11) und in den Abgasstrang (8) eine Abgasturbine (12) sowie, stromab von der Abgasturbine (12), eine Abgasnachbehandlungskomponente mit einer elektrischen Heizvorrichtung (17) integriert sind. Zwischen der Abgasturbine (12) und der Abgasnachbehandlungskomponente mündet eine Zuleitung (18) für Luft in den Abgasstrang (8), wobei die Luft mittels einer sich von dem Frischgasverdichter (11) unterscheidenden Gasfördervorrichtung (20) in den Abgasstrang (8) förderbar ist.Internal combustion engine with an internal combustion engine (1), a fresh gas line (5) and an exhaust line (8), with a fresh gas compressor (11) in the fresh gas line (5) and an exhaust gas turbine (12) in the exhaust line (8) and, downstream of the exhaust gas turbine (12), an exhaust aftertreatment component with an electric heater (17) are integrated. Between the exhaust gas turbine (12) and the exhaust gas aftertreatment component, a supply line (18) for air opens into the exhaust line (8), the air being able to be conveyed into the exhaust line (8) by means of a gas conveying device (20) that differs from the fresh gas compressor (11).

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor, einem Frischgasstrang und einem Abgasstrang, wobei in den Frischgasstrang ein Frischgasverdichter und in den Abgasstrang eine Abgasturbine sowie, stromab davon, eine Abgasnachbehandlungskomponente mit einer elektrischen Heizvorrichtung integriert sind.The invention relates to an internal combustion engine with an internal combustion engine, a fresh gas line and an exhaust line, with a fresh gas compressor being integrated in the fresh gas line and an exhaust gas turbine and, downstream of this, an exhaust gas aftertreatment component with an electric heating device.

Die Abgasgrenzwerte, die für Brennkraftmaschinen gelten, werden zunehmend verschärft. Dies gilt insbesondere für solche Brennkraftmaschinen, die für einen Antrieb von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind. Um diese Abgasgrenzwerte einhalten zu können, ist es erforderlich, dass die Konvertierungsfähigkeit von Abgasnachbehandlungskomponenten, die in die Abgasstränge dieser Brennkraftmaschinen integriert sind, möglichst rasch nach einem Motorstart im kalten Zustand (Kaltstart) besteht. Dies bedingt, dass die Abgasnachbehandlungskomponenten möglichst schnell nach einem Kaltstart der jeweiligen Brennkraftmaschinen ihre Anspringtemperaturen (auch Light-off-Temperaturen genannt) erreichen, ab denen von einer ausreichenden Wirksamkeit für die Abgasnachbehandlung ausgegangen werden kann.The exhaust gas limits that apply to internal combustion engines are becoming increasingly strict. This applies in particular to internal combustion engines that are intended to drive motor vehicles. In order to be able to comply with these emission limit values, it is necessary for the conversion capability of exhaust gas aftertreatment components that are integrated in the exhaust lines of these internal combustion engines to exist as quickly as possible after starting the engine in a cold state (cold start). This requires that the exhaust gas aftertreatment components reach their light-off temperatures (also called light-off temperatures) as quickly as possible after a cold start of the respective internal combustion engine, from which point sufficient effectiveness for the exhaust gas aftertreatment can be assumed.

Bekannt ist, Abgasnachbehandlungskomponenten temporär zusätzlich zu beheizen. Dies kann sowohl durch motorische Maßnahmen, die darauf abzielen, gezielt relativ hohe Abgastemperaturen zu erreichen, als auch durch aktive Beheizungsmaßnahmen, beispielsweise mittels elektrischer Heizvorrichtungen, realisiert werden.It is known that exhaust gas aftertreatment components can also be temporarily heated. This can be achieved both by engine measures aimed at achieving relatively high exhaust gas temperatures in a targeted manner and by active heating measures, for example by means of electrical heating devices.

Die DE 10 2019 206 085 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Katalysator, der vor einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Heizvorrichtung aufgeheizt wird. Dazu wird durch die Heizvorrichtung ein Frischluftmassenstrom erwärmt oder ein Abgasmassenstrom erzeugt und dem Katalysator zum Aufheizen zugeführt, wobei die Heizvorrichtung durch den Verdichter eines elektrischen Turboladers mit Frischluft versorgt wird.the DE 10 2019 206 085 A1 discloses a method for operating an internal combustion engine with a catalytic converter, which is heated up with the aid of a heating device before a cold start of the internal combustion engine. For this purpose, a fresh air mass flow is heated by the heating device or an exhaust gas mass flow is generated and supplied to the catalytic converter for heating, the heating device being supplied with fresh air by the compressor of an electric turbocharger.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass für das Fördern der Frischluft mittels des Verdichters auch die damit gekoppelte Abgasturbine angetrieben werden muss. Dadurch ist der Energieverbrauch für das Fördern der Frischluft relativ hoch. Dies gilt insbesondere, weil die angetriebene Abgasturbine aufgrund des Nichtbetriebs des Verbrennungsmotors einen Unterdruck in dem stromauf von dieser angeordneten Abschnitt des Abgasstrangs erzeugt.The disadvantage of this method is that the exhaust gas turbine coupled thereto must also be driven in order to convey the fresh air by means of the compressor. As a result, the energy consumption for conveying the fresh air is relatively high. This applies in particular because the driven exhaust gas turbine generates a negative pressure in the section of the exhaust system arranged upstream of it due to the non-operation of the internal combustion engine.

Die DE 10 2017 113 366 A1 beschreibt ein Abgasnachbehandlungssystem für einen fremdgezündeten Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor ist auslassseitig mit einer Abgasanlage verbunden, wobei in der Abgasanlage in Strömungsrichtung eines Abgases durch die Abgasanlage eine Abgasturbine eines Abgasturboladers, dann ein elektrisch beheizbarer Dreiwegekatalysator, anschließend ein Vierwegekatalysator und stromabwärts davon ein weiterer Dreiwegekatalysator angeordnet sind. Vor einem Start des Verbrennungsmotors werden der elektrisch beheizbare Dreiwegekatalysator und vorzugsweise auch, mittels eines Brenners, der Vierwegekatalysator beheizt, um bereits ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Abgasnachbehandlung der Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. An der Abgasanlage ist ein Sekundärluftsystem vorgesehen, mit welchem Sekundärluft in Auslasskanäle des Verbrennungsmotors eingeblasen werden kann. Dies kann auch schon während des Beheizens des elektrisch beheizbaren Dreiwegekatalysators vor dem Start des Verbrennungsmotors erfolgen.the DE 10 2017 113 366 A1 describes an exhaust aftertreatment system for a spark-ignited internal combustion engine. The internal combustion engine is connected to an exhaust system on the outlet side, with an exhaust gas turbine of an exhaust gas turbocharger, then an electrically heatable three-way catalytic converter, then a four-way catalytic converter and downstream of this another three-way catalytic converter being arranged in the exhaust system in the flow direction of an exhaust gas through the exhaust system. Before starting the internal combustion engine, the electrically heatable three-way catalytic converter and preferably also, by means of a burner, the four-way catalytic converter are heated in order to enable efficient exhaust aftertreatment of the raw emissions from the internal combustion engine as soon as the internal combustion engine is started. A secondary air system is provided on the exhaust system, with which secondary air can be blown into the exhaust ducts of the internal combustion engine. This can also take place while the electrically heatable three-way catalytic converter is being heated before the internal combustion engine is started.

Nachteilig an diesem Vorgehen ist, dass die Sekundärluft zunächst die Abgasturbine passieren muss, um als Wärmeträgermedium eine Verteilung der von einem Heizelement des elektrisch beheizbaren Dreiwegekatalysators erzeugten Wärmeenergie bewirken zu können. Weiterhin kann ein Einblasen von Sekundärluft in die Auslasskanäle des nicht betriebenen Verbrennungsmotors zu Problemen führen, wenn der Betrieb des Verbrennungsmotors mit einer Ventilüberschneidung zwischen Einlass- und Auslassventilen beendet wurde.The disadvantage of this procedure is that the secondary air first has to pass through the exhaust gas turbine in order to be able to distribute the thermal energy generated by a heating element of the electrically heatable three-way catalytic converter as a heat transfer medium. Furthermore, blowing secondary air into the exhaust ports of the internal combustion engine that is not in operation can lead to problems if the operation of the internal combustion engine has ended with a valve overlap between the intake and exhaust valves.

Die DE 10 2019 110 992 A1 offenbart ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors. Dazu ist der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden, in der mindestens ein Katalysator angeordnet ist, der mit externen Heizmitteln beheizbar ist. Dabei wird der mindestens eine Katalysator ab einem Start des Verbrennungsmotors mit den externen Heizmitteln beheizt, wobei die Verbrennung in den Brennräumen des Verbrennungsmotors bezüglich der bei der Verbrennung entstehenden Rohemissionen optimiert wird.the DE 10 2019 110 992 A1 discloses a method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine. For this purpose, the internal combustion engine is connected with its outlet to an exhaust system, in which at least one catalytic converter is arranged, which can be heated with external heating means. The at least one catalytic converter is heated with the external heating means from the moment the internal combustion engine is started, the combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine being optimized with regard to the untreated emissions produced during combustion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile hinsichtlich einer elektrischen Beheizung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einem Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors einer Brennkraftmaschine zu vermeiden.The invention is based on the object of avoiding the disadvantages described with regard to electrical heating of an exhaust gas aftertreatment device when the internal combustion engine of an internal combustion engine is not in operation.

Diese Aufgabe ist bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This problem is solved in an internal combustion engine according to patent claim 1 . A method for operating such an internal combustion engine is the subject of patent claim 6. Advantageous embodiments of the internal combustion engine according to the invention and preferred embodiments of the method according to the invention are the subject of the further patent claims and result from the following description of the invention.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine umfasst zumindest einen Verbrennungsmotor und einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor, wobei in den Frischgasstrang ein Frischgasverdichter integriert ist. Weiterhin umfasst eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor, wobei in den Abgasstrang eine Abgasturbine und, stromab (bezüglich der Strömungsrichtung von Abgas ausgehend von dem Verbrennungsmotor) von der Abgasturbine, mindestens eine Abgasnachbehandlungskomponente mit einer elektrischen Heizvorrichtung integriert sind. Die Heizvorrichtung ist der Abgasnachbehandlungskomponente zugeordnet, so dass mittels dieser bedarfsweise eine gezielte Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente möglich ist. Die Heizvorrichtung kann dazu derart in die Abgasnachbehandlungskomponente integriert sein, dass diese die Abgasnachbehandlungskomponente direkt erwärmt. Vorzugsweise ist jedoch vorgesehen, dass die Heizvorrichtung stromauf, insbesondere unmittelbar stromauf der Abgasnachbehandlungskomponente in den Abgasstrang integriert ist, so dass eine Beheizung im Wesentlichen indirekt erfolgt, indem mittels der Heizvorrichtung zunächst eine Gasströmung erwärmt wird, durch die dann die Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente bewirkt wird.An internal combustion engine according to the invention comprises at least one internal combustion engine and a fresh gas line for supplying fresh gas to the internal combustion engine, a fresh gas compressor being integrated in the fresh gas line. Furthermore, an internal combustion engine according to the invention comprises an exhaust line for discharging exhaust gas from the internal combustion engine, with an exhaust gas turbine and, downstream (with respect to the flow direction of exhaust gas starting from the internal combustion engine) from the exhaust gas turbine, at least one exhaust gas aftertreatment component with an electric heating device being integrated in the exhaust gas line. The heating device is assigned to the exhaust gas aftertreatment component, so that it can be used to heat the exhaust gas aftertreatment component in a targeted manner if required. For this purpose, the heating device can be integrated into the exhaust gas aftertreatment component in such a way that it directly heats the exhaust gas aftertreatment component. Preferably, however, it is provided that the heating device is integrated into the exhaust line upstream, in particular immediately upstream, of the exhaust gas aftertreatment component, so that heating takes place essentially indirectly, in that a gas flow is first heated by means of the heating device, which then causes the exhaust gas aftertreatment component to be heated.

Um dabei eine möglichst vorteilhafte Erwärmung der Gasströmung zu realisieren, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die in den Abgasstrang integrierte Heizvorrichtung eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen für eine Durchströmung mittels einer Gasströmung aufweist. Dadurch kann eine möglichst großflächige, insbesondere den gesamten Strömungsquerschnitt des Abgasstrangs einnehmende Heizvorrichtung realisiert werden.In order to achieve the most advantageous possible heating of the gas flow, it can preferably be provided that the heating device integrated in the exhaust line has a multiplicity of through-openings for a gas flow to flow through. As a result, a heating device that is as large as possible, in particular that takes up the entire flow cross section of the exhaust line, can be implemented.

Erfindungsgemäß mündet zwischen der Abgasturbine und der Abgasnachbehandlungskomponente eine Zuleitung für Luft in den Abgasstrang, wobei die Luft mittels einer sich von dem Frischgasverdichter unterscheidenden Gasfördervorrichtung über diese Zuleitung in den Abgasstrang förderbar ist. Mittels der Gasfördervorrichtung kann unabhängig von einem Betrieb des Verbrennungsmotors und damit auch unabhängig von durch den Abgasstrang strömendem Abgas des Verbrennungsmotors die Heizvorrichtung in Betrieb genommen werden, denn die von dieser freigesetzte Wärmeenergie kann vorteilhaft mittels einer von der Gasfördervorrichtung erzeugten Gasströmung verteilt werden. Dies wirkt sich nicht nur vorteilhaft hinsichtlich einer möglichst gleichmäßigen Erwärmung der Abgasnachbehandlungskomponente sondern auch hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und/oder der Lebensdauer der Heizvorrichtung aus, denn ein Betrieb der Heizvorrichtung ohne eine diese durch- und/oder umströmende Gasströmung, die die von der Heizvorrichtung freigesetzte Wärmeenergie aufnimmt und abführt, könnte sich eine thermische Überlastung der Heizvorrichtung ergeben oder diese könnte gegebenenfalls hinsichtlich der Heizleistung nur beschränkt betreibbar sein, um eine solche thermische Überlastung zu vermeiden.According to the invention, a feed line for air opens into the exhaust line between the exhaust gas turbine and the exhaust gas aftertreatment component, the air being able to be conveyed via this feed line into the exhaust line by means of a gas conveying device that differs from the fresh gas compressor. By means of the gas delivery device, the heating device can be put into operation independently of the operation of the internal combustion engine and thus also independently of the exhaust gas of the internal combustion engine flowing through the exhaust line, because the thermal energy released by it can advantageously be distributed by means of a gas flow generated by the gas delivery device. This not only has an advantageous effect with regard to the most uniform possible heating of the exhaust gas aftertreatment component, but also with regard to the performance and/or the service life of the heating device, because operation of the heating device without a gas flow flowing through and/or around it, which absorbs the thermal energy released by the heating device absorbs and dissipates, there could be a thermal overload of the heating device or it could possibly only be operated to a limited extent in terms of heating power in order to avoid such a thermal overload.

Durch die Anordnung der Mündung der Zuleitung für die Luft in den Abschnitt des Frischgasstrangs, der zwischen der Abgasturbine und der Abgasnachbehandlungskomponente mit zugeordneter Heizvorrichtung gelegen ist, kann vermieden werden, dass die mittels der Gasfördervorrichtung geförderte Luft die Abgasturbine durchströmen muss, wodurch ein entsprechender Strömungswiderstand für die Strömung der Luft verhindert ist. Zudem verhindert die Abgasturbine (als Hindernis) sowie der ausreichende Abstand der Mündung der Zuleitung von dem Verbrennungsmotor, dass die in den Abgasstrang eingeleitete Luft in einem relevanten Ausmaß die Druckverhältnisse an Auslassventilen des Verbrennungsmotors beeinflusst, so dass dementsprechend auch negative Auswirkungen, die sich anderenfalls insbesondere aufgrund von bestehenden Ventilüberschneidungen zwischen den Einlass- und Auslassventilen des nicht betriebenen Verbrennungsmotors ergeben könnten, vermieden werden.By arranging the opening of the supply line for the air in the section of the fresh gas line that is located between the exhaust gas turbine and the exhaust gas aftertreatment component with the associated heating device, it can be avoided that the air conveyed by means of the gas conveying device has to flow through the exhaust gas turbine, which creates a corresponding flow resistance for the flow of air is prevented. In addition, the exhaust gas turbine (as an obstacle) and the sufficient distance between the mouth of the supply line and the combustion engine prevent the air fed into the exhaust system from influencing the pressure conditions at the exhaust valves of the combustion engine to a relevant extent, so that there are also negative effects that would otherwise arise in particular due to existing valve overlaps between the intake and exhaust valves of the non-operating internal combustion engine can be avoided.

Da die Heizvorrichtung aufgrund der Zuführung von Luft mittels der Gasfördervorrichtung auch während eines Nichtbetriebs des Verbrennungsmotors betrieben werden kann, kann diese vorteilhaft dazu genutzt werden, die Abgasnachbehandlungskomponente (sowie gegebenenfalls stromab davon in den Abgasstrang integrierte Komponenten) während eines Nichtbetriebs des Verbrennungsmotors und insbesondere vor einem Kaltstart des Verbrennungsmotors vorzuheizen, um zu erreichen, dass zumindest die Abgasnachbehandlungskomponente bereits mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors ihre Anspringtemperatur, ab der von einer ausreichenden Wirksamkeit hinsichtlich der Abgasnachbehandlung ausgegangen werden kann, erreicht hat oder diese zumindest möglichst kurzfristig danach erreicht. Dementsprechend sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vor, dass die Heizvorrichtung und die Gasfördervorrichtung vor einer Inbetriebnahme und insbesondere vor einem Kaltstart des Verbrennungsmotors in Betrieb genommen werden.Since the heating device can also be operated when the internal combustion engine is not in operation due to the supply of air by means of the gas delivery device, it can advantageously be used to Preheat the cold start of the internal combustion engine in order to ensure that at least the exhaust gas aftertreatment component has already reached its light-off temperature when the internal combustion engine is started up, from which it can be assumed that the exhaust gas aftertreatment is sufficiently effective, or at least reaches it as soon as possible thereafter. Accordingly, a method according to the invention for operating an internal combustion engine provides that the heating device and the gas delivery device are put into operation before the internal combustion engine is started up and in particular before it is cold started.

Da mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors von diesem Abgas erzeugt und über den Abgasstrang abgeführt wird, kann im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens weiterhin vorgesehen sein, dass mit dieser Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors oder kurzzeitig danach zumindest der Betrieb der Gasfördervorrichtung wieder eingestellt wird, weil die von dieser erzeugte Strömung von Luft für die Verteilung der von der Heizvorrichtung erzeugten Wärmeenergie dann nicht mehr erforderlich sein kann. Der Betrieb der Heizvorrichtung kann ebenfalls mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors beendet werden. Vorzugsweise erfolgt dies jedoch nur, wenn mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors bereits die Anspringtemperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten erreicht wurde.Since exhaust gas is generated by this when the internal combustion engine is started up and is discharged via the exhaust line, a method according to the invention can also be used be seen that with this commissioning of the internal combustion engine or shortly thereafter at least the operation of the gas delivery device is stopped again because the air flow generated by this for the distribution of the thermal energy generated by the heating device can then no longer be required. The operation of the heating device can also be ended when the internal combustion engine is started up. However, this is preferably only done if the light-off temperature of the exhaust gas aftertreatment components has already been reached when the internal combustion engine is started up.

Die Heizvorrichtung und/oder die Gasfördervorrichtung können weiterhin vorteilhaft während eines Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors, in dem die Abgasnachbehandlungskomponente und/oder eine weitere, in den Abgasstrang integrierte Abgasnachbehandlungskomponente temporär auf eine für eine Regeneration erforderliche Temperatur erhitzt wird/werden, genutzt und dazu betrieben werden. Ein Betrieb der Gasfördervorrichtung kann dabei insbesondere dazu verwendet werden, in Abgas, das von dem Verbrennungsmotor während des Regenerationsbetriebs erzeugt wurde und das aufgrund eines entsprechend eingestellten Betriebs des Verbrennungsmotors gezielt unverbrannte Kohlenwasserstoffe umfasst, Sauerstoff (als Teil von Luft) einzuleiten, um eine Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe zu bewirken. Durch die dabei freigesetzte Wärmeenergie soll dann das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponente(n) auf die (jeweils) für die Regeneration erforderliche Temperatur erreicht werden. Alternativ oder ergänzend kann auch die Heizvorrichtung zum Erreichen der entsprechenden Regenerationstemperatur der Abgasnachbehandlungskomponente(n) genutzt werden, wobei eine von der Gasfördervorrichtung erzeugte Strömung von Luft ergänzend für eine vorteilhafte Verteilung der freigesetzten Wärmeenergie sorgen kann.The heating device and/or the gas delivery device can also advantageously be used and operated during a regeneration operation of the internal combustion engine, in which the exhaust gas aftertreatment component and/or another exhaust gas aftertreatment component integrated into the exhaust system is/are temporarily heated to a temperature required for regeneration. Operation of the gas delivery device can be used in particular to introduce oxygen (as part of air) into exhaust gas that was generated by the internal combustion engine during the regeneration operation and that specifically includes unburned hydrocarbons due to a correspondingly set operation of the internal combustion engine, in order to oxidize the cause unburned hydrocarbons. The thermal energy released in the process is intended to heat the exhaust gas aftertreatment component(s) to the temperature (in each case) required for the regeneration. Alternatively or additionally, the heating device can also be used to reach the corresponding regeneration temperature of the exhaust gas aftertreatment component(s), wherein a flow of air generated by the gas delivery device can additionally ensure an advantageous distribution of the heat energy released.

Eine Nutzung der Heizvorrichtung und der Gasfördervorrichtung einerseits vor einer Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors für ein Vorheizen der Abgasnachbehandlungskomponente und andererseits für eine Regeneration der Abgasnachbehandlungskomponente(n) kann grundsätzlich unabhängig voneinander vorgesehen sein, so dass im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nur eine von beiden Varianten umgesetzt werden muss. Vorteilhaft wird jedoch beides (nicht gleichzeitig) umgesetzt, so dass für die Heizvorrichtung und die Gasfördervorrichtung eine vorteilhafte Doppelnutzung realisiert werden kann.A use of the heating device and the gas delivery device on the one hand before starting up the internal combustion engine for preheating the exhaust gas aftertreatment component and on the other hand for regenerating the exhaust gas aftertreatment component(s) can be provided independently of one another, so that only one of the two variants has to be implemented within the scope of a method according to the invention . However, both are advantageously implemented (not simultaneously), so that an advantageous dual use can be realized for the heating device and the gas conveying device.

In die Zuleitung kann vorzugsweise ein Ventil, insbesondere ein aktiv ansteuerbares Ventil oder ein passives Ventil (z.B. ein Rückschlagventil) integriert sein, wodurch ein Überströmen von Abgas aus dem Abgasstrang in die (gesamte) Zuleitung vermieden werden kann.A valve, in particular an actively controllable valve or a passive valve (e.g. a non-return valve), can preferably be integrated into the feed line, as a result of which an overflow of exhaust gas from the exhaust line into the (entire) feed line can be avoided.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Gasfördervorrichtung ein Gebläse ist oder umfasst. Ein solches Gebläse weist den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen konstruktiven Ausgestaltung auf. Zudem kann mittels eines solchen Gebläses auch mit relativ geringer Antriebsleistung ein relativ großer Gasmassenstrom bereitgestellt werden, was sich vorteilhaft hinsichtlich der angestrebten Verteilung von mittels der Heizvorrichtung erzeugter Wärmeenergie auswirkt. Aufgrund der Anordnung der Mündung der Zuleitung, über die mittels des Gebläses die Strömung der Luft in den Abgasstrang eingeleitet wird, stromab der Abgasturbine wirkt sich der Nachteil, dass mittels eines Gebläses üblicherweise keine Gasströmungen mit hohen Druckdifferenzen erzeugbar sind, nicht negativ aus.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the gas conveying device is or comprises a blower. Such a fan has the advantage of a simple and cost-effective design. In addition, a relatively large gas mass flow can be provided by means of such a blower even with relatively low drive power, which has an advantageous effect with regard to the desired distribution of thermal energy generated by means of the heating device. Due to the arrangement of the mouth of the supply line, via which the flow of air is introduced into the exhaust system by means of the fan, downstream of the exhaust gas turbine, the disadvantage that gas flows with high pressure differences cannot usually be generated by means of a fan does not have a negative effect.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass stromauf der Abgasturbine eine zweite Zuleitung für Luft in den Abgasstrang oder in einen oder mehrere Auslasskanäle des Verbrennungsmotors mündet, wobei Luft mittels der Gasfördervorrichtung bedarfsweise auch über diese zweite Zuleitung förderbar ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise dieselbe Gasfördervorrichtung für einerseits die erfindungsgemäße Verteilung von Wärmeenergie, die mittels der Heizvorrichtung erzeugt wurde, sowie für ein Einbringen von Luft stromauf der Abgasturbine, die insbesondere als Sekundärluft genutzt werden kann, vorgesehen sein. Auch in die zweite Zuleitung kann vorzugsweise ein Ventil, insbesondere ein aktiv ansteuerbares Ventil oder ein passives Ventil (z.B. ein Rückschlagventil) integriert sein, um ein Fördern von Luft über diese zweite Zuleitung zu steuern.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that, upstream of the exhaust gas turbine, a second supply line for air opens into the exhaust system or into one or more outlet ducts of the internal combustion engine, with air being able to be conveyed by means of the gas conveying device, if necessary, via this second supply line. As a result, the same gas conveying device can advantageously be provided for the inventive distribution of thermal energy generated by the heating device and for introducing air upstream of the exhaust gas turbine, which can be used in particular as secondary air. A valve, in particular an actively controllable valve or a passive valve (e.g. a non-return valve) can preferably also be integrated into the second supply line in order to control the conveying of air via this second supply line.

Die Abgasnachbehandlungskomponente einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorzugsweise ein Katalysatorelement umfassen, wobei das Katalysatorelement besonders bevorzugt als Dreiwegekatalysator wirksam sein kann. Mittels einer solchen Abgasnachbehandlungskomponente kann eine relativ weitgehende Abgasnachbehandlung hinsichtlich mehrerer Schadstoffe realisiert werden, so dass sich die bedarfsweise Erwärmung einer solchen Abgasnachbehandlungskomponente mittels der Heizvorrichtung, insbesondere vor einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, besonders vorteilhaft auf das Schadstoffemissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken kann. Dies gilt insbesondere in Kombination mit der weiterhin bevorzugt vorgesehenen Ausgestaltung des Verbrennungsmotors als fremdgezündet und insbesondere als Ottomotor, so dass der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zumindest eine Zündvorrichtung für ein Entflammen von Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischen in mindestens einem Brennraum, beispielsweise basierend auf einer oder mehreren, Zündfunken erzeugenden Zündkerzen, umfasst.The exhaust gas aftertreatment component of an internal combustion engine according to the invention can preferably comprise a catalytic converter element, in which case the catalytic converter element can particularly preferably be effective as a three-way catalytic converter. By means of such an exhaust gas aftertreatment component, a relatively extensive exhaust gas aftertreatment with regard to several pollutants can be implemented, so that the required heating of such an exhaust gas aftertreatment component by means of the heating device, in particular before a cold start of the internal combustion engine, can have a particularly advantageous effect on the pollutant emission behavior of the internal combustion engine. This applies in particular in combination with the configuration of the internal combustion engine, which is also preferably provided, as spark-ignited and in particular as an Otto engine, so that the internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention comprises at least one ignition device for igniting fuel-oxygen mixtures in at least one combustion chamber, for example based on one or more spark plugs generating ignition sparks.

Bei dem Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann es sich alternativ auch um einen selbstzündenden Verbrennungsmotor und insbesondere um einen Dieselmotor handeln. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor um eine Kombination aus fremdgezündetem und selbstzündendem Verbrennungsmotor, beispielsweise um einen Verbrennungsmotor mit homogener Kompressionszündung, handelt. Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. Diesel oder Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG) betrieben werden.Alternatively, the internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can also be a self-igniting internal combustion engine and in particular a diesel engine. There is also the possibility that the internal combustion engine is a combination of a spark-ignited and self-igniting internal combustion engine, for example an internal combustion engine with homogeneous compression ignition. The internal combustion engine of an internal combustion engine according to the invention can be operated both with liquid fuel (i.e. diesel or petrol) and with a gaseous fuel (in particular natural gas, LNG or LPG).

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Gasfördervorrichtung hinsichtlich der Förderleistung und/oder die Heizvorrichtung hinsichtlich der Heizleistung steuerbar ist, so dass die Gasfördervorrichtung im Betrieb nicht nur eine einzelne Förderleistung und/oder die Heizvorrichtung im Betrieb nicht nur eine einzelne Heizleistung im Betrieb sowie weiterhin, jeweils, eine Nullleistung im Nichtbetrieb bereitstellen kann. Dadurch kann eine möglichst optimale Anpassung der Heizleistung und/oder einer Verteilung von mittels der Heizvorrichtung erzeugter Wärmeenergie durch einen von der Gasfördervorrichtung bereitgestellten Luftstrom realisiert werden.According to a preferred embodiment of an internal combustion engine according to the invention, it can be provided that the gas delivery device can be controlled with regard to the delivery capacity and/or the heating device with regard to the heating capacity, so that the gas delivery device does not only have a single delivery capacity during operation and/or the heating device does not only have a single delivery capacity during operation Heat output during operation and continue, each, can provide zero power when not in operation. As a result, the best possible adaptation of the heating output and/or a distribution of heat energy generated by means of the heating device can be realized by an air flow provided by the gas delivery device.

Insbesondere kann dadurch im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden, dass die Gasfördervorrichtung mit einer von der Heizleistung der Heizvorrichtung abhängigen Förderleistung betrieben wird, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass die Gasfördervorrichtung zumindest mit einer ersten, relativ kleinen Förderleistung betrieben wird, wenn die Heizvorrichtung mit einer ersten, relativ kleinen Heizleistung betrieben wird, während die Gasfördervorrichtung mit einer zweiten, relativ großen, gegebenenfalls einer mittleren Förderleistung betrieben wird, wenn die Heizvorrichtung mit einer zweiten, relativ großen, gegebenenfalls maximalen Heizleistung betrieben wird. Die erste, relativ kleine Heizleistung kann dabei insbesondere während einer Aufheizphase der Heizvorrichtung vorliegen, wobei dann infolge der ersten, relativ kleinen Förderleistung der Gasfördervorrichtung ein relativ kleiner und insbesondere auch relativ langsamer Luftmassenstrom über die Heizvorrichtung geführt wird, wodurch die relativ geringe Wärmeleistung dieses Luftmassenstroms möglichst gut auf die Abgasnachbehandlungskomponenten übertragen werden kann. Die zweite, relativ große Förderleistung der Gasfördervorrichtung kann dagegen bei der zweiten, relativ großen Heizleistung der Heizvorrichtung dafür sorgen, dass die dabei freigesetzte, relativ große Wärmeleistung möglichst optimal von der Heizvorrichtung abgeführt und auf die Abgasnachbehandlungskomponente übertragen wird.In particular, it can be realized within the scope of a method according to the invention that the gas conveying device is operated with a conveying capacity that is dependent on the heat output of the heating device, it being particularly preferably provided that the gas conveying device is operated at least with a first, relatively small conveying capacity when the heating device with a first, relatively small heat output is operated, while the gas conveying device is operated with a second, relatively large, possibly an average conveying power when the heating device is operated with a second, relatively large, possibly maximum heat output. The first, relatively small heat output can be present in particular during a heating-up phase of the heating device, in which case, as a result of the first, relatively small flow rate of the gas supply device, a relatively small and, in particular, also relatively slow air mass flow is guided over the heating device, as a result of which the relatively low heat output of this air mass flow is as possible as possible can be easily transferred to the exhaust aftertreatment components. The second, relatively high delivery rate of the gas delivery device, on the other hand, with the second, relatively high heating output of the heating device, can ensure that the relatively high heat output released in the process is dissipated as optimally as possible by the heating device and transferred to the exhaust gas aftertreatment component.

Alternativ oder ergänzend dazu kann auch vorgesehen sein, dass die Gasfördervorrichtung vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors mit einer geringeren Förderleistung im Vergleich zu dem Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors betrieben wird. Die relativ große Förderleistung während des Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors kann insbesondere dazu dienen, einen Druck der über die Zuleitung in den Abgasstrang einzubringenden Luft zu erzeugen, die oberhalb des Drucks des durch den Abgasstrang strömenden Abgases liegt, um ein Einleiten der Luft in den Abgasstrang zu gewährleisten. Dabei kann gegebenenfalls vorgesehen sein, dass die Gasfördervorrichtung während des Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors mit maximaler Förderleistung betrieben wird.As an alternative or in addition to this, provision can also be made for the gas delivery device to be operated with a lower delivery capacity in comparison to the regeneration mode of the combustion engine before the combustion engine is started up. The relatively high delivery rate during the regeneration operation of the internal combustion engine can be used in particular to generate a pressure of the air to be introduced into the exhaust system via the supply line, which pressure is above the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust system, in order to ensure that the air is introduced into the exhaust system . It can optionally be provided that the gas delivery device is operated at maximum delivery capacity during the regeneration operation of the internal combustion engine.

Die bevorzugt vorgesehene hinsichtlich der Förderleistung ansteuerbare Ausgestaltung der Gasfördervorrichtung kann zudem in vorteilhafter Weise ermöglichen, das ebenfalls bevorzugt (jeweils) in die Zuleitung(en) integrierte Ventil als einfaches und kostengünstiges passives Ventil, insbesondere als Rückschlagventil, auszugestalten, da eine Einstellung des Massenstroms der Luft mittels der Gasfördervorrichtung realisiert werden kann.The preferably provided design of the gas delivery device that can be controlled with regard to the delivery capacity can also advantageously make it possible to design the valve that is also preferably (respectively) integrated into the supply line(s) as a simple and inexpensive passive valve, in particular as a check valve, since an adjustment of the mass flow of the Air can be realized by means of the gas conveying device.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.The invention also relates to a motor vehicle, in particular a wheel-based and non-rail-bound motor vehicle (preferably a car or a truck), with an internal combustion engine according to the invention. The internal combustion engine of the internal combustion engine can be provided in particular for the (direct or indirect) provision of the driving power for the motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

  • 1: eine für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine und
  • 2: eine Abgasnachbehandlungseinrichtung der Brennkraftmaschine im Detail.
The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment illustrated in the drawings. The drawings show, each in a simplified representation:
  • 1 : an internal combustion engine suitable for carrying out a method according to the invention and
  • 2 : an exhaust aftertreatment device of the internal combustion engine in detail.

Die in der 1 gezeigte Brennkraftmaschine umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der beispielhaft in Form eines Hubkolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylinderöffnungen 2 ausgestaltet ist. Die Zylinderöffnungen 2 begrenzen mit darin geführten Hubkolben 3 und einem Zylinderkopf jeweils einen Brennraum 4. Diesen Brennräumen 4 wird im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und damit der Brennkraftmaschine Frischgas über einen Frischgasstrang 5 zugeführt, wobei die Zufuhr des Frischgases mittels Einlassventilen 6, die den einzelnen Brennräumen 4 zugeordnet sind, gesteuert wird. Bei dem Frischgas handelt es sich ausschließlich oder hauptsächlich um Luft, die aus der Umgebung angesaugt wird. Bei der Verbrennung von Gemischmengen, die aus dem Frischgas sowie aus direkt über Kraftstoffinjektoren 7 in die Brennräume 4 eingespritztem Kraftstoff bestehen, wird Abgas erzeugt. Dieses Abgas wird über einen Abgasstrang 8 der Brennkraftmaschine abgeführt, wobei das Ausbringen des Abgases aus den einzelnen Brennräumen 4 mittels Auslassventilen 9 gesteuert wird. Ein Entzünden der Gemischmengen in den Brennräumen 4 erfolgt mittels elektrischer Zündvorrichtungen 10, die beispielsweise Zündfunken erzeugen (Zündkerzen).The one in the 1 Internal combustion engine shown comprises an internal combustion engine 1, which at is designed for example in the form of a reciprocating engine with four cylinder ports 2 arranged in a row. The cylinder openings 2 each delimit a combustion chamber 4 with reciprocating pistons 3 guided therein and a cylinder head. During operation of the internal combustion engine 1 and thus the internal combustion engine, these combustion chambers 4 are supplied with fresh gas via a fresh gas line 5, with the fresh gas being supplied by means of inlet valves 6, which are connected to the individual combustion chambers 4 are assigned is controlled. The fresh gas is exclusively or mainly air that is sucked in from the environment. Exhaust gas is generated during the combustion of mixture quantities consisting of fresh gas and fuel injected directly into combustion chambers 4 via fuel injectors 7 . This exhaust gas is discharged via an exhaust line 8 of the internal combustion engine, the discharge of the exhaust gas from the individual combustion chambers 4 being controlled by means of outlet valves 9 . The quantities of mixture in the combustion chambers 4 are ignited by means of electrical ignition devices 10 which, for example, generate ignition sparks (spark plugs).

Die Brennkraftmaschine ist aufgeladen ausgestaltet, wozu in den Frischgasstrang 5 ein Frischgasverdichter 11 integriert ist. Der Frischgasverdichter 11 ist Teil eines Abgasturboladers, der weiterhin noch eine Abgasturbine 12 umfasst, die in den Abgasstrang 8 integriert ist. Abgas, das die Abgasturbine 12 durchströmt, führt zu einem rotierenden Antrieb eines Turbinenlaufrads, das über eine Welle 13 drehantreibend mit einem Verdichterlaufrad des Frischgasverdichters 11 verbunden ist, so dass im Ergebnis ein Antrieb des Frischgasverdichters 11 mittels der Abgasturbine 12 erfolgt.The internal combustion engine is supercharged, for which purpose a fresh-gas compressor 11 is integrated into the fresh-gas line 5 . The fresh-gas compressor 11 is part of an exhaust-gas turbocharger, which also includes an exhaust-gas turbine 12 that is integrated into the exhaust-gas line 8 . Exhaust gas that flows through the exhaust gas turbine 12 leads to a rotating drive of a turbine impeller, which is connected to a compressor impeller of the fresh gas compressor 11 via a shaft 13 in a rotationally driving manner, so that the result is that the fresh gas compressor 11 is driven by the exhaust gas turbine 12.

Die Abgasturbine 12 ist stromauf (bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 in dem Abgasstrang 8 angeordnet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 ist dafür vorgesehen, Bestandteile des Abgases, die Schadstoffe darstellen, aus dem Abgas zu entfernen oder in unschädliche Bestandteile umzuwandeln.The exhaust gas turbine 12 is arranged upstream (with respect to the flow direction of the exhaust gas) of an exhaust gas aftertreatment device 14 in the exhaust line 8 . The exhaust gas aftertreatment device 14 is intended to remove components of the exhaust gas that represent pollutants from the exhaust gas or to convert them into harmless components.

Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 umfasst gemäß der 2 als Abgasnachbehandlungskomponenten beispielsweise einen ersten, relativ kleinen Dreiwegekatalysator 15, einen zweiten, (im Vergleich zu dem ersten Dreiwegekatalysator 15) relativ großen Dreiwegekatalysator 16 sowie einen Partikelfilter 22. Zwischen dem ersten Dreiwegekatalysator 15 und dem zweiten Dreiwegekatalysator 16 ist eine scheibenförmige, elektrische Heizvorrichtung 17 angeordnet, wobei die Heizvorrichtung 17 direkt an sowohl den ersten Dreiwegekatalysator 15 als auch den zweiten Dreiwegekatalysator 16 angrenzt. Die Querschnittsflächen der Heizvorrichtung 17 sind im Wesentlichen genauso groß wie die Querschnittsflächen der Dreiwegekatalysatoren 15, 16. Die Heizvorrichtung 17 beziehungsweise ein elektrisch beheizbares Heizelement davon bildet eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (nicht sichtbar) aus, um eine Durchströmung mittels eines Gases zu ermöglichen. Dasselbe gilt für die Dreiwegekatalysatoren 15, 16, die hierzu Stützkörper mit definierten Porositäten aufweisen, wobei diese Stützkörper mit als Dreiwegekatalysatoren wirksamen Beschichtungen versehen sind.The exhaust gas aftertreatment device 14 comprises according to 2 as exhaust gas aftertreatment components, for example, a first, relatively small three-way catalytic converter 15, a second (compared to the first three-way catalytic converter 15) relatively large three-way catalytic converter 16 and a particle filter 22. Between the first three-way catalytic converter 15 and the second three-way catalytic converter 16 is a disc-shaped, electric heating device 17 arranged , wherein the heater 17 is directly adjacent to both the first three-way catalyst 15 and the second three-way catalyst 16. The cross-sectional areas of the heating device 17 are essentially the same size as the cross-sectional areas of the three-way catalytic converters 15, 16. The heating device 17 or an electrically heatable heating element thereof forms a large number of through-openings (not visible) in order to enable a gas to flow through. The same applies to the three-way catalytic converters 15, 16, which for this purpose have supporting bodies with defined porosities, these supporting bodies being provided with coatings that act as three-way catalytic converters.

Unmittelbar stromauf des ersten Dreiwegekatalysators 15 mündet eine Zuleitung 18 in den Abgasstrang 8 beziehungsweise in ein gemeinsames Gehäuse der Dreiwegekatalysatoren 15, 16 und der Heizvorrichtung 17. Über diese Zuleitung kann bedarfsweise Luft in den Abgasstrang 8 geleitet werden, wobei diese Luft stromab eines Luftfilters 19 (und stromauf des Frischgasverdichters 11) aus dem Frischgasstrang 5 abgezweigt werden kann. Diese Anordnung einer Abzweigung der Zuleitung 18 weist den Vorteil auf, dass abgezweigte Luft bereits mittels des Luftfilters 19 gereinigt wurde, wodurch vermieden werden kann, dass noch Partikel in der in den Abgasstrang 8 eingeleiteten Luft enthalten sind, die die Dreiwegekatalysatoren 15,16 zusetzen könnten.Directly upstream of the first three-way catalytic converter 15, a supply line 18 opens into the exhaust system 8 or into a common housing of the three-way catalytic converters 15, 16 and the heating device 17. If required, air can be conducted into the exhaust system 8 via this supply line, with this air being conveyed downstream of an air filter 19 ( and can be branched off from the fresh gas line 5 upstream of the fresh gas compressor 11). This arrangement of a branch of the supply line 18 has the advantage that branched air has already been cleaned by means of the air filter 19, which can prevent particles from being contained in the air introduced into the exhaust line 8, which could clog the three-way catalytic converters 15,16 .

Die bedarfsweise Einleitung von Luft in den Abgasstrang 8 über die Zuleitung 18 erfolgt durch einen Betrieb einer in die Zuleitung 18 integrierten Gasfördervorrichtung 20, die in Form eines Gebläses ausgestaltet ist. Weiterhin kann in die Zuleitung 18 ein Ventil 21 integriert sein, um Gasströmungen über die Zuleitung 18 steuern zu können. Das Ventil 21 kann dabei aktiv ansteuerbar sein. Bei diesem kann es sich jedoch auch um ein passives Rückschlagventil handeln, das bei einem Überdruck auf Seiten des Abgasstrangs 8 schließt. Dadurch kann vermieden werden, dass ungewollt Abgas über die Zuleitung 18 aus dem Abgasstrang 8 in den Frischgasstrang 5 geleitet wird. Das Ventil ist stromab der Gasfördervorrichtung 20 in die Zuleitung 18 integriert, wodurch vermieden werden kann, dass die Gasfördervorrichtung 20 im Nichtbetrieb und bei einem dann üblicherweise herrschenden Überdruck auf der Seite des Abgasstrangs 8 mit heißem Abgas beaufschlagt ist. Eine thermische Überlastung der Gasfördervorrichtung 20 kann dadurch vermieden werden.If necessary, air is introduced into the exhaust line 8 via the feed line 18 by operating a gas conveying device 20 integrated into the feed line 18, which is designed in the form of a blower. Furthermore, a valve 21 can be integrated into the feed line 18 in order to be able to control gas flows via the feed line 18 . The valve 21 can be actively controllable. However, this can also be a passive non-return valve which closes when there is an overpressure on the part of the exhaust line 8 . In this way it can be avoided that exhaust gas is unintentionally routed via the feed line 18 from the exhaust gas line 8 into the fresh gas line 5 . The valve is integrated into the supply line 18 downstream of the gas delivery device 20, thereby preventing the gas delivery device 20 from being subjected to hot exhaust gas when it is not in operation and when there is then usually an overpressure on the side of the exhaust line 8. A thermal overload of the gas delivery device 20 can thereby be avoided.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Heizvorrichtung 17 und die Gasfördervorrichtung 20 vor einer Inbetriebnahme und insbesondere vor einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 1 in Betrieb genommen werden, wodurch ein Vorheizen insbesondere des zweiten Dreiwegekatalysators 16 realisiert werden kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass zumindest der zweite Dreiwegekatalysator 16 mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors 1 oder zumindest kurzzeitig danach bereits seine Anspringtemperatur erreicht hat und damit unmittelbar eine ausreichend gute Abgasnachbehandlung bewirken kann. Die Erzeugung einer Strömung von Luft mittels der Gasfördervorrichtung 20 und deren Zuleitung (über den ersten Dreiwegekatalysator 15) zu der Heizvorrichtung 17 und dann weiter durch den zweiten Dreiwegekatalysator 16 (und anschließend durch den Rest des Abgasstrangs 8) sorgt dafür, dass die von der Heizvorrichtung 17 freigesetzte Wärmeenergie möglichst gleichmäßig auf insbesondere den zweiten Dreiwegekatalysator 16 verteilt wird. Diese Verteilung der Wärmeenergie verhindert zudem eine thermische Überlastung der Heizvorrichtung 17, die aus einem Hitzestau durch von dieser selbst erzeugten Wärmeenergie resultieren könnte.According to the invention, it is provided that the heating device 17 and the gas delivery device 20 are put into operation before the internal combustion engine 1 is put into operation and in particular before a cold start, as a result of which the second three-way catalytic converter 16 in particular can be preheated. This can ensure that at least the second three-way catalytic converter 16 with the start-up of the internal combustion engine 1 or at least shortly thereafter has already reached its light-off temperature and can thus immediately bring about sufficiently good exhaust gas aftertreatment. The generation of a flow of air by means of the gas delivery device 20 and its supply (via the first three-way catalytic converter 15) to the heating device 17 and then further through the second three-way catalytic converter 16 (and then through the rest of the exhaust system 8) ensures that the from the heating device 17 released thermal energy is distributed as evenly as possible to the second three-way catalytic converter 16 in particular. This distribution of the thermal energy also prevents thermal overloading of the heating device 17, which could result from heat accumulation due to thermal energy generated by the latter itself.

BezugszeichenlisteReference List

11
Verbrennungsmotorcombustion engine
22
Zylinderöffnungcylinder opening
33
Hubkolbenreciprocating
44
Brennraumcombustion chamber
55
Frischgasstrangfresh gas line
66
Einlassventilintake valve
77
Kraftstoffinjektorfuel injector
88th
Abgasstrangexhaust line
99
Auslassventiloutlet valve
1010
Zündvorrichtungignition device
1111
Frischgasverdichterfresh gas compressor
1212
Abgasturbineexhaust turbine
1313
WelleWave
1414
Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
1515
erster Dreiwegekatalysatorfirst three-way catalytic converter
1616
zweiter Dreiwegekatalysatorsecond three-way catalytic converter
1717
Heizvorrichtungheating device
1818
Zuleitungsupply line
1919
Luftfilterair filter
2020
Gasfördervorrichtunggas conveying device
2121
VentilValve
2222
Partikelfilterparticle filter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102019206085 A1 [0004]DE 102019206085 A1 [0004]
  • DE 102017113366 A1 [0006]DE 102017113366 A1 [0006]
  • DE 102019110992 A1 [0008]DE 102019110992 A1 [0008]

Claims (10)

Brennkraftmaschine mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Frischgasstrang (5) und einem Abgasstrang (8), wobei in den Frischgasstrang (5) ein Frischgasverdichter (11) und in den Abgasstrang (8) eine Abgasturbine (12) sowie, stromab von der Abgasturbine (12), eine Abgasnachbehandlungskomponente mit einer elektrischen Heizvorrichtung (17) integriert sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abgasturbine (12) und der Abgasnachbehandlungskomponente eine Zuleitung (18) für Luft in den Abgasstrang (8) mündet, wobei die Luft mittels einer sich von dem Frischgasverdichter (11) unterscheidenden Gasfördervorrichtung (20) über die Zuleitung (18) in den Abgasstrang (8) förderbar ist.Internal combustion engine with an internal combustion engine (1), a fresh gas line (5) and an exhaust line (8), with a fresh gas compressor (11) in the fresh gas line (5) and an exhaust gas turbine (12) in the exhaust line (8) and downstream of the exhaust gas turbine (12), an exhaust gas aftertreatment component are integrated with an electrical heating device (17), characterized in that between the exhaust gas turbine (12) and the exhaust gas aftertreatment component a supply line (18) for air opens into the exhaust line (8), the air being from the fresh gas compressor (11) different gas delivery device (20) via the feed line (18) in the exhaust system (8) can be promoted. Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (17) stromauf der Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet und Durchgangsöffnungen für eine Durchströmung mit einer Gasströmung aufweist.Internal combustion engine according claim 1 , characterized in that the heating device (17) is arranged upstream of the exhaust gas after-treatment component and has through-openings for a gas flow to flow through. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfördervorrichtung (20) ein Gebläse ist oder umfasst.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the gas conveying device (20) is or comprises a blower. Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) eine Zündvorrichtung (10) für ein Entflammen von Kraftstoff-Sauerstoff-Gemischen in mindestens einem Brennraum (4) umfasst.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (1) comprises an ignition device (10) for igniting fuel-oxygen mixtures in at least one combustion chamber (4). Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasfördervorrichtung (20) hinsichtlich der Förderleistung und/oder die Heizvorrichtung (17) hinsichtlich der Heizleistung steuerbar ist.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the gas delivery device (20) can be controlled with regard to delivery capacity and/or the heating device (17) with regard to heating capacity. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (17) und die Gasfördervorrichtung (20) vor einer Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) in Betrieb genommen werden.Method for operating an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device (17) and the gas delivery device (20) are put into operation before the internal combustion engine (1) is started up. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) der Betrieb der Gasfördervorrichtung (20) und/oder der Heizvorrichtung (17) beendet wird.procedure according to claim 6 , characterized in that the operation of the gas delivery device (20) and / or the heating device (17) is terminated with the commissioning of the internal combustion engine (1). Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (17) und/oder die Gasfördervorrichtung (20) während eines Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors (1), in dem die Abgasnachbehandlungskomponente und/oder eine weitere Abgasnachbehandlungskomponente temporär auf eine für eine Regeneration erforderliche Temperatur erhitzt wird/werden, betrieben werden.procedure according to claim 6 or 7 , characterized in that the heating device (17) and / or the gas delivery device (20) during a regeneration operation of the internal combustion engine (1), in which the exhaust gas aftertreatment component and / or another exhaust gas aftertreatment component is / are temporarily heated to a temperature required for a regeneration, operate. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) während des Regenerationsbetriebs derart betrieben wird, dass das von diesem erzeugte Abgas gezielt unverbrannte Kohlenwasserstoffe umfasst.procedure according to claim 8 , characterized in that the internal combustion engine (1) is operated during the regeneration operation in such a way that the exhaust gas generated by this specifically includes unburned hydrocarbons. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Gasfördervorrichtung (20) mit einer von der Heizleistung der Heizvorrichtung (17) abhängigen Förderleistung betrieben wird und/oder - die Gasfördervorrichtung (20) vor der Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors (1) mit einer geringeren Förderleistung im Vergleich zu dem Regenerationsbetriebs des Verbrennungsmotors (1) betrieben wird.Method according to one of Claims 6 until 9 for operating an internal combustion engine according to claim 5 , characterized in that - the gas delivery device (20) is operated with a delivery capacity that is dependent on the heat output of the heating device (17) and/or - the gas delivery device (20) before the internal combustion engine (1) is started up with a lower delivery capacity compared to the Regeneration operation of the internal combustion engine (1) is operated.
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